深入理解OPC技術(shù)
2020-10-29新聞
OPC技術(shù)為工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)交換提供了一種解決方案，它是由硬件供應(yīng)商、軟件開(kāi)發(fā)者、終端用戶共同制定的一整套規(guī)范。隨著我們國(guó)家智能制造的推廣和深入，設(shè)備互聯(lián)為大勢(shì)所趨。OPC技術(shù)作為一種設(shè)備互聯(lián)技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用前景。今天這篇文章，我們和大家聊聊OPC技術(shù)的前世今生。
1、OPC技術(shù)產(chǎn)生的背景
在OPC技術(shù)產(chǎn)生之前，自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備互聯(lián)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
不同的硬件和軟件廠商都制定了一套自己的標(biāo)準(zhǔn)。
由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，就造成了軟件與硬件之間、設(shè)備與設(shè)備之間的通信程序代碼不能重復(fù)利用，必須為不同的設(shè)備開(kāi)發(fā)不同的通信程序；
例如下面這張圖：
PC軟件包、PLC程序及DCS程序要訪問(wèn)三種不同設(shè)備，必須分別為每一種設(shè)備編寫一套程序代碼。
通信標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，使得軟件/硬件供應(yīng)商花費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)基于各種不同通信協(xié)議的代碼，造成成本的大幅上升。大家迫切希望有一個(gè)統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，提供一種即插即用的軟件接口，能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備之間、軟件和硬件之間的互通互聯(lián)。
OPC技術(shù)就是基于這樣的背景而誕生的。
OPC技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)典OPC和OPC UA兩個(gè)階段。
2、經(jīng)典OPC（OPC Classic ）
經(jīng)典OPC是OPC技術(shù)的早期階段，名稱中的“OPC”是英文“OLE for Process Control”的縮寫，中文翻譯為“過(guò)程控制的OLE”。
這里的“OLE”，是英文“Object Linking and Embedding”的縮寫，中文翻譯為“對(duì)象連接與嵌入”。OLE技術(shù)是基于微軟公司的COM/DCOM技術(shù)，因此經(jīng)典OPC本質(zhì)上也是基于COM/DCOM的過(guò)程控制技術(shù)。
經(jīng)典OPC提供了一整套過(guò)程控制中數(shù)據(jù)交換的軟件標(biāo)準(zhǔn)和接口，包括：
OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（OPC Data Access ，OPC DA)；
OPC報(bào)警與事件接口（OPC Alarms & Events ，OPC AE）；
OPC歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（OPC Historical Data Access ，OPC HDA）；
OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口定義了數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，包括：過(guò)程值、更新時(shí)間、數(shù)據(jù)品質(zhì)等信息；
OPC報(bào)警與事件接口定義了報(bào)警、事件消息、變量的狀態(tài)及如何管理；
OPC歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口定義了訪問(wèn)及分析歷史數(shù)據(jù)的方法；
根據(jù)在過(guò)程控制中扮演角色的不同，經(jīng)典OPC軟件可以分為OPC服務(wù)器（Server）軟件和OPC客戶端（Client）軟件兩大類。
OPC服務(wù)器軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它一方面與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、PLC進(jìn)行通信，將各種不同的現(xiàn)場(chǎng)總線、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的OPC協(xié)議；另一方面它與OPC客戶端軟件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議進(jìn)行通信，為OPC客戶端提供數(shù)據(jù)或者將OPC客戶端的指令發(fā)送給PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；
OPC客戶端軟件只需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議與OPC服務(wù)器進(jìn)行通信，就能將指令與數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC或者現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；
下面這張圖是經(jīng)典OPC軟件工作的示意圖：
可以看出，OPC服務(wù)器軟件在整個(gè)系統(tǒng)中處于中介地位，它一方面聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC，另一方面與OPC客戶端軟件保持聯(lián)系。
這樣做的好處在于：設(shè)備廠商只需要提供一個(gè)自己設(shè)備的OPC服務(wù)器軟件，其它任何設(shè)備或軟件只需要編寫一個(gè)OPC客戶端軟件就能其通信；由于OPC的接口都是統(tǒng)一的，這大大減少了編程開(kāi)發(fā)的工作量，日后的維護(hù)效率也成倍提高。
經(jīng)典OPC在過(guò)程控制中有著出色的表現(xiàn)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展及一些外部因素的變化，導(dǎo)致經(jīng)典OPC已經(jīng)不能完全滿足人們的需求。
主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
經(jīng)典OPC依賴微軟的COM/DCOM技術(shù)。但是隨著IT技術(shù)的發(fā)展，微軟已經(jīng)弱化了這種技術(shù)，而轉(zhuǎn)向了跨平臺(tái)的SOA (Service-Oriented Architecture)技術(shù)；
OPC供應(yīng)商希望提供一種數(shù)據(jù)模型將OPC DA、OPC AE、OPC HDA統(tǒng)一起來(lái)；
為了增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力，OPC供應(yīng)商希望將OPC技術(shù)應(yīng)用到非Windows平臺(tái)；
終端用戶希望能在設(shè)備硬件的固件程序中直接訪問(wèn)OPC服務(wù)器軟件；
一些合作組織希望提供高效的、安全的、用于高水平數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
在這種情況下，OPC技術(shù)的推廣和管理組織——OPC基金會(huì)（OPC Foundation）在2008年推出了新的OPC技術(shù)：OPC UA（OPC Unified Architecture），中文翻譯為“OPC統(tǒng)一架構(gòu)”。
3、OPC UA
OPC統(tǒng)一架構(gòu)具有功能對(duì)等性、平臺(tái)獨(dú)立性、安全性、可擴(kuò)展性及綜合信息建模等特性。
3.1、功能對(duì)等性
OPC UA實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典OPC的所有功能，并增加或增強(qiáng)了如下一些功能：
3.1.1、發(fā)現(xiàn)：可以在本地PC和/或網(wǎng)絡(luò)上查找可用的OPC服務(wù)器；
3.1.2、地址空間：所有數(shù)據(jù)都是分層表示的（例如文件和文件夾），允許OPC客戶端發(fā)現(xiàn)、利用簡(jiǎn)單和復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
3.1.3、按需：基于訪問(wèn)權(quán)限讀取和寫入數(shù)據(jù)/信息；
3.1.4、訂閱：監(jiān)視數(shù)據(jù)/信息，并且當(dāng)值變化超出客戶端的設(shè)定時(shí)報(bào)告異常；
3.1.5：事件：基于客戶端的設(shè)定通知重要信息；
3.1.6、方法：客戶端可以基于在服務(wù)器上定義的方法來(lái)執(zhí)行程序等；
OPC UA產(chǎn)品和OPC Classic產(chǎn)品之間的集成可以通過(guò)COM/Proxy Wrappers輕松實(shí)現(xiàn)
3.2、平臺(tái)獨(dú)立性
OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA）是跨平臺(tái)的，不依賴于硬件或者軟件操作系統(tǒng)；可以運(yùn)行在PC、PLC、云服務(wù)器、微控制器等不同的硬件下，支持Windows、Linux、Apple OS、Android等操作系統(tǒng)；
3.3、安全性
OPC UA支持會(huì)話加密、信息簽名等安全技術(shù)，每個(gè)UA的客戶端和服務(wù)器都要通過(guò)OpenSSL證書(shū)標(biāo)識(shí)，具有用戶身份驗(yàn)證，審計(jì)跟蹤等安全功能。
3.4、可擴(kuò)展性
OPC UA的多層架構(gòu)提供了一個(gè)“面向未來(lái)”的框架。諸如新的傳輸協(xié)議、安全算法、編碼標(biāo)準(zhǔn)或應(yīng)用服務(wù)等創(chuàng)新技術(shù)和方法可以并入OPC UA，同時(shí)保持現(xiàn)有產(chǎn)品的兼容性；
3.5、綜合信息建模
OPC UA信息建?？蚣芸梢詫?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息。通過(guò)完全的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，即使非常復(fù)雜多層次結(jié)構(gòu)也可以被建模和擴(kuò)展。
由于OPC UA技術(shù)的發(fā)展，OPC已經(jīng)變成“開(kāi)發(fā)平臺(tái)通信（Open Platform Communications）”的縮寫。
