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探索OPC UA(一):OPC UA概述

翻译|使用教程|编辑:吴园园|2020-05-25 16:51:17.287|阅读 1886 次

概述:本系列文章将为您详细介绍OPC UA。

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什么是OPC UA?

OPC UA标准是在OPC基金会设计的现有OPC标准的基础上发展而来的,以补充但不淘汰现有的OPC标准(例如DA,HDA和A&E)。OPC UA旨在简化企业级集成,同时确保与现有OPC DA,HDA和A&E服务器和客户端的兼容性和互操作性。关于OPC UA,有很多很棒的东西,但是,可以动手做很多事情。我们知道,因为Software Toolbox在OPC UA标准开发过程中一直很活跃,并且看到了其中的内容。

因此,在接下来的几周和几个月中,我们将在此处发布信息,以帮助您了解OPC UA以及我们的OPC UA产品计划。

OPC UA工作如何涉及Software Toolbox?

像许多领先的OPC基金会成员公司一样,Software Toolbox以多种方式为OPC UA的工作贡献了开发人员资源,并且仍然是这一重要标准工作的一部分:

  • 活跃于OPC UA早期采用者委员会
  • 开发OPC UA测试用例以确保合规性
  • 开发OPC UA文档
  • 积极参与OPC UA法规遵从委员会
  • OPC路演系列的联合开发人员和培训人员,向美国各地的用户介绍当前和将来的OPC技术。
  • ISA2005参加了早期OPC UA概念的首次公开演示

适用于现有OPC用户的OPC-UA

OPC基金会已经发布了新的OPC统一体系结构或OPC-UA规范,并且有很多信息可以吸收。Software Toolbox和许多其他厂商已宣布计划在我们的主要OPC产品中支持OPC-UA。但是,这可能会带来压力,最重要的是,它可能会造成混淆!我今天需要紧急购买OPC-UA吗?我已安装的所有这些现有OPC服务器和客户端如何处理,它们已过时了?我应该只购买OPC-UA产品吗?准备好之前,我是否将被迫升级到启用OPC-UA的解决方案?既然有了新标准,我的供应商是否会放弃对现有OPC产品的支持?Windows Vista如何将所有这些因素考虑在内?

本文不是要研究OPC-UA的所有技术细节,而是要回答我们确定读者正在询问的这些更基本的问题。我们将关注OPC数据访问或DA标准,因为它是实践中使用最广泛的标准。任何使用OPC服务器从PLC,DCS或其他仪器收集数据并将其提供给HMI / SCADA或其他上游系统的人,最有可能使用OPC DA。

探索OPC UA(一):OPC UA概述

OPC DA将继续存在

您现有的OPC DA服务器是否以您需要的方式将所需的数据传递到HMI / SCADA系统?那就不是过时了。如图1所示,OPC UA在很大程度上试图以他们能理解的方式解决与企业级MES和ERP系统以更复杂的数据结构格式共享信息的问题。OPC UA通过提供处理复杂数据结构并将其以安全,可靠,面向服务的架构(SOA)进行传输的方式来实现。但是,来自车间设备的数据仍然必须来自某个地方。现在,“某个地方”是OPC DA服务器,并且将继续存在,因为OPC DA服务器的安装量很大。

在1级和2级工厂自动化系统中,OPC DA一直并将继续是这些层中硬件和软件系统之间通信的最推荐方法。OPC UA拓宽了使用OPC DA收集和可以收集数据的范围。这样做是因为OPC UA位于OPC DA服务器之上,通过OPC DA接口收集数据,并在面向服务的体系结构中将其提供给上游业务系统。

会有一天,有直接与设备通信的OPC UA服务器吗?是的,最终将发生这种情况,因为这是OPC UA的设计目标之一,它提供了一个完整的从上到下的实现方式,可用于从工厂车间检索数据并将其提供给企业服务水平。但是,如果您可以轻松地将OPC-UA / DA接口或包装器放置在现有OPC-DA解决方案之上,并以所需的方式将数据移至所需的上游,那么您是否会急于想出局?并更换您的OPC DA服务器?可能不是。这将需要升级您的HMI / SCADA客户,这将花费时间和金钱。OPC基金会正在努力发布OPC UA-DA包装器,以使现有的OPC DA服务器可以在供应商发布时与OPC UA客户端进行通信,从而保护您的投资并允许您前进。同样,OPC DA客户端将能够使用包装与启用OPC UA的服务器进行通信。

我们没有看到我们的OPC Foundation成员公司突然放弃对其OPC DA产品的支持。他们可能会利用OPC基金会对新标准的宣传,从而使您了解他们对OPC UA的计划,并引起您的注意,以使您成为客户。所有供应商都使用新技术公告来表明他们保持最新状态。想要保持健康并保持忠诚度的OPC DA产品的健康供应商,不可能马上淘汰他们的DA产品。他们将为未来提供清晰的移植路径,并支持他们的OPC DA产品。

那COM / DCOM呢?

人们担心Windows Vista将把COM和DCOM从它们下面拉出来,而他们现有的OPC DA投资将失败。那根本不是真的。太多的Windows软件仍然依赖COM / DCOM,并且将持续很多年。对于Microsoft而言,确保没有人将制造商升级到Windows Vista的最可靠方法就是拔掉这些技术的插头。尽管OPC-UA确实提供了安全且防火墙友好的二进制,基于Web服务的传输,但您可能仍不需要匆匆忙忙进入OPC-UA。如果您的系统运行可靠并且可以提供所需的结果,并且不需要将数据移动到上游COM级别(不能选择COM / DCOM)的企业级系统,那么您可以很好地继续使用现有系统。如果您在使用DCOM时遇到问题,请考虑所有选择。迁移到OPC-UA可能是其中之一。市场上还有许多隧道产品,它们基本上可以代替您使用DCOM,以及有关设置DCOM的大量信息和教程,这些信息和教程可帮助许多用户无需购买其他软件即可开始工作。

新的Windows Vista怎么样?

与Microsoft Windows的每个新发行版一样,最终用户,网络管理员和开发人员都可以使用多种新技术。据许多专家称,Windows Vista是微软迄今为止所做的最大的操作系统更改。

那么Vista中存在哪些对我来说重要的新技术?好吧,本文档中已经涉及的最重要的内容之一。Windows Vista包含一种称为Windows Communication Foundation(WCF)的技术,您可以说这是一个新系统,旨在取代DCOM作为传输方式,从而允许在软件/硬件之间交换数据,无论它们是否在同一计算机/设备上运行,或者位于LAN甚至Internet的不同位置。

什么是WCF?简而言之,它是一种可扩展的体系结构,允许您(最终用户和/或管理员)配置基础协议以交换数据和进行远程过程调用(RPC)。在街头聊天中,WCF为Windows应用程序相互交流提供了新工具。此外,位于WCF之上的应用程序不知道底层协议正在用作其下方的传输。除此之外,Microsoft还提供了几种协议,每种协议都考虑了不同的目标,例如速度(二进制),安全性(加密和完整性)和可扩展性(Soap / Xml作为原始文本)。开发人员还可以使用API创建自己的专有协议,该协议可以直接插入WCF。WCF的优点在于,您可以构建不知道承载数据的传输的Web服务。

那么,这与OPC UA如何配合?在设计和开发OPC UA时,出于前面提到的原因,与WCF合作是一个目标。但是,在做出OPC UA决定时,尚不知道Windows Vista的发布日期,而且尚未设置WCF规范,因此OPC基金会必须做出决定:等待,或创建可用作协议的专用协议。默认值,也可以在非Windows Vista计算机上使用)。OPC基金会选择不再等待,而是提供2个关键协议:高度优化,注重性能的二进制传输;和XML传输。请记住,OPC UA最终将允许您使用WCF或第三者开发的自定义协议来选择基础协议,无论其是由OPC基金会提供的。

OPC UA是一种可扩展的体系结构,这意味着它的设计使其体系结构中的层可以包含可互换的元素,这些元素可以与它上面和下面的那些层无缝地协同工作。Windows Vista通过提供WCF来增加此功能,该WCF允许OPC UA无缝利用现有技术。

OPC UA的性能与OPC DA相比如何?

在回答有关性能的问题之前,至关重要的是要了解OPC UA如何交换数据与OPC DA之间的一些关键区别。

OPC UA在发送所有消息之前对其进行数字签名。在接收端,可以验证数据包以确保在传输过程中数据包未被篡改。此外,OPC UA可以加密正在发送的数据。OPC UA还可以编码简单类型,例如布尔值,整数和浮点数等,但也可以编码复杂类型,例如包含深度嵌套的x级嵌套结构的结构。最后,OPC UA要求接收者确认每个传出数据包,否则该数据包将被缓冲并稍后重新发送。

OPC DA不执行上述任何操作。当然,技术上的优势是更多的功能可能需要额外的开销当然,CPU建造商依赖于此,因此有理由购买其新芯片!但这如何转化为REAL性能?OPC基金会以实验室测试和运行受控测试的形式进行了一些测试,从而可以从中了解到问题所在,现有的OPC DA Server可以提供数据:

  • OPC数据客户端(用C ++编写)
  • OPC UA客户端(用C#.NET编写)

进行所有测试时,OPC DA Server仅与一个客户端通信,以保持测试尽可能纯净。测试包括改变测试中使用的项数,以及改变生成新数据值的频率,这反过来导致服务器将数据“推送”给客户端。

该测试很简单:测量OPC服务器和客户端之间的数据吞吐量。结果很有趣,但不是决定性的,因为在测试时,UA客户端应用程序中有调试代码,并且所用的API不是发行版。测试确实发现是的,传统的OPC DA客户端可以更快地使用数据,但是请记住,OPC DA客户端没有执行OPC UA客户端正在执行的任何安全检查。另一个有趣的发现是,对于大型,复杂的数据集,OPC-UA速度更快,这是有道理的,因为它在设计时就考虑了复杂的数据。OPC DA倾向于更多地面向标签或项目,因此使用OPC DA可能很难移动复杂的结构。

关于性能的更重要一点是要有一些看法,并记住OPC UA是针对企业级应用程序的。还记得我们之前所说的OPC DA仍然非常适合HMI级别吗?通常在HMI级别上可以找到经常需要的超高性能。随着您在企业链上的发展,性能要求得到了缓解,但是安全性变得更加重要。如果以这些术语来看待,要求OPC UA快于OPC DA并没有实际意义,因为OPC UA的典型用例是性能约束通常是几秒钟而不是HMI级别几毫秒的情况!

摘要

总而言之,OPC UA将为您创造机会,利用现有的OPC-DA服务器已安装的基础以及它们提供的有价值的数据做更多的事情。您将不必拆掉现有的OPC服务器并更换它们,供应商也不应急于放弃支持。对于HMI / SCADA到设备的通信,OPC DA将仍然是首选的连接方法,OPC UA将为企业打开大门。

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