OPC UA使IIoT的實施成為可能
2022-2-21新聞
By Isao Hirooka丨February 15, 2022丨Yokogawa
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01
OPC UA的概述
OPC UA已經(jīng)成為平穩(wěn)數(shù)據(jù)交換的關(guān)鍵技術(shù)。它比IIoT更早，因為它是在2008年作為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的，建立在OPC Classic（DA、A&E和HDA）的成功之上。實施IIoT項目的公司正在轉(zhuǎn)向它，因為它具有安全和有效地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)所需的四個關(guān)鍵特性：
√ OPC UA管理機構(gòu)，即OPC基金會，對設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，以確保來自不同供應(yīng)商的設(shè)備互連時的互操作性。
√ OPC UA使用一個信息模型來輕松發(fā)送和接收多種設(shè)備的數(shù)據(jù)。
√ 它的通信方法有效地連接了使用一系列數(shù)據(jù)要求的設(shè)備，用于各種應(yīng)用。
√ 它應(yīng)用了從信息技術(shù)和操作技術(shù)環(huán)境中提取的不同的成熟的網(wǎng)絡(luò)安全工具，以確保高水平的安全。
一個公司在考慮實施OPC UA時應(yīng)該考慮什么？網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者應(yīng)如何將這四種能力用于工作？
測試和認(rèn)證方案
終端用戶公司不會在沒有保證的情況下采用OPC UA，他們不會被驅(qū)趕到任何特定的供應(yīng)商或被迫創(chuàng)建變通辦法來克服不兼容的問題。被支持和認(rèn)證的設(shè)備，不管是哪家供應(yīng)商，都必須在開箱后進(jìn)行互操作。
為了避免互操作性問題，OPC基金會為其800多個成員制定了一個認(rèn)證和符合性計劃，以證明一個設(shè)備符合OPC規(guī)范，并且它也有足夠的質(zhì)量在實際操作中可靠地執(zhí)行。它保證經(jīng)過認(rèn)證的設(shè)備符合下面列出的符合性要求，從而最大限度地減少用戶在集成時的問題，并實現(xiàn)順利連接。認(rèn)證的測試必須在OPC測試實驗室進(jìn)行，設(shè)備必須滿足以下條件：
● 符合OPC規(guī)范
● 與其他供應(yīng)商的OPC產(chǎn)品無問題的互操作性
● 穩(wěn)健性和可靠性-足以從常見的通信異常中恢復(fù)過來
● 符合廣泛接受的最佳實踐的一般功能
● 有效和高效的資源管理（例如，CPU、內(nèi)存、可用的磁盤空間）。
當(dāng)一個設(shè)備通過了這一系列的測試，其制造商可以認(rèn)證它在OPC UA網(wǎng)絡(luò)中使用。
信 息 模 型
支持多廠商互操作性的一個關(guān)鍵因素是OPC UA對信息模型的使用（圖1）。因為特定設(shè)備的信息可以按照規(guī)定的格式在有意義的塊中處理，所以有可能監(jiān)測來自多個供應(yīng)商的設(shè)備之間的操作，而不需要復(fù)雜的工程。例如，如果不通過編程識別每塊數(shù)據(jù)，就不可能處理來自機器人或離心泵的數(shù)據(jù)。
支持多廠商互操作性的一個關(guān)鍵因素是OPC UA對信息模型的使用（圖1）。因為特定設(shè)備的信息可以按照規(guī)定的格式在有意義的塊中處理，所以有可能監(jiān)測來自多個供應(yīng)商的設(shè)備之間的操作，而不需要復(fù)雜的工程。例如，如果不通過編程識別每塊數(shù)據(jù)，就不可能處理來自機器人或離心泵的數(shù)據(jù)。
圖1：OPC UA信息模型使來自各種設(shè)備的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)更加一致，簡化了通信。
配 套 信 息 模 型
OPC基金會有一個為特定行業(yè)和流程量身定做的信息模型的機制，稱為配套信息模型。OPC基金會這樣描述這些。
"新的信息模型可以在OPC UA數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)建，并最終從OPC UA基礎(chǔ)信息模型衍生出來。這種信息模型的規(guī)范（"行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模型"，因為它們通常解決一個專門的行業(yè)問題）被稱為同伴規(guī)范。OPC UA基礎(chǔ)設(shè)施交換這種行業(yè)信息模型的協(xié)同作用在語義層面上實現(xiàn)了互操作性"。
例如，有主控站和分布式控制系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)化（MDIS）的信息模型，它支持海底油田。還有IEC 61850，它支持自動化主機系統(tǒng)與電力控制的整合。也有用于多個控制系統(tǒng)之間通信的信息模型。創(chuàng)建新的同伴信息模型的指南和模板，以及已經(jīng)開發(fā)的模型的規(guī)格，都公布在OPC基金會的網(wǎng)站上。當(dāng)一個特定的行業(yè)采用這些模型時，供應(yīng)商可以創(chuàng)建特定于這些行業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)。
通 信 格 式
OPC UA支持兩種通信方法：最初的客戶端-服務(wù)器方法，以及最近的發(fā)布-訂閱（PubSub）方法。客戶端-服務(wù)器方法從OPC Classic的第一個版本開始就被使用。在這里，數(shù)據(jù)可以在兩個設(shè)備建立通信后進(jìn)行交換。如果有一個通信問題，可以通過重新發(fā)送傳輸或發(fā)出警報來減少影響。相應(yīng)地，過程數(shù)據(jù)、警報和其他信息可以無損失地保存，使這些信息適合于后續(xù)分析。
相反，PubSub是一種一對多的通信方法。一個發(fā)布者設(shè)備將其數(shù)據(jù)廣播給網(wǎng)絡(luò)上未指定數(shù)量的用戶，而目標(biāo)用戶只獲得數(shù)據(jù)的相關(guān)部分。發(fā)布者只發(fā)送，訂閱者只接收，所以如果通信失敗，不需要重新發(fā)送或其他行動。訂閱者總是用他們收到的最新數(shù)據(jù)工作。
相反，PubSub是一種一對多的通信方法。一個發(fā)布者設(shè)備將其數(shù)據(jù)廣播給網(wǎng)絡(luò)上未指定數(shù)量的用戶，而目標(biāo)用戶只獲得數(shù)據(jù)的相關(guān)部分。發(fā)布者只發(fā)送，訂閱者只接收，所以如果通信失敗，不需要重新發(fā)送或其他行動。訂閱者總是用他們收到的最新數(shù)據(jù)工作。
網(wǎng)絡(luò)安全
OPC UA結(jié)合了成熟的IT安全技術(shù)，用于IT和控制設(shè)備相關(guān)的通信。OPC UA規(guī)范定義了其在設(shè)備間通信的安全概念：
● 保密性：加密
● 完整性：簽名
● 可用性：拒絕服務(wù)措施
● 認(rèn)證： 電子簽名
● 授權(quán)： 訪問權(quán)限
● 會計： 審計跟蹤歷史
OPC UA覆蓋了從控制設(shè)備到信息和核心系統(tǒng)的廣泛領(lǐng)域，它使用多種方法，因為每個目標(biāo)的安全要求是不同的。這樣一來，OPC UA可以靈活地響應(yīng)，堅持哪種要求就是哪種要求。例如，一個特定的情況是否需要加密、簽名或其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)？這些都可以在設(shè)備的基礎(chǔ)上選擇，如果使用，也可以調(diào)整特定工具的強度。
協(xié)作信息服務(wù)器
Collaborative information server
到目前為止，我們專注于OPC UA本身，但現(xiàn)在我們將看看它如何在工廠或公司范圍內(nèi)使用協(xié)作信息服務(wù)器（CI服務(wù)器）實施。CI服務(wù)器被設(shè)計為支持一個環(huán)境，在這個環(huán)境中，從多個站點和工廠的各種設(shè)備、系統(tǒng)和裝置獲得的信息和數(shù)據(jù)可以很容易地集成（圖2）。OPC UA是CI服務(wù)器的主要通信協(xié)議之一，它支持客戶端-服務(wù)器和PubSub通信方法。它還提供了一種構(gòu)建信息模型的方法。
圖2：一個CI服務(wù)器必須與大量的平臺和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信才能有效。OPC UA使這成為可能。
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未來發(fā)展
OPC UA是實施第四次工業(yè)革命和實現(xiàn)其全部潛力的一項重要技術(shù)。它在這方面已經(jīng)獲得了成功，因為它結(jié)合了許多方法來促進(jìn)和保障不同應(yīng)用和不同供應(yīng)商的設(shè)備和控制器之間的數(shù)據(jù)通信。
所有數(shù)字由橫河公司提供，本專題最初發(fā)表于《InTech》雜志2022年2月版。
