OPC-UA技术总结.doc

OPC UA (OPC Unified Architecture，OPC统一体系架构) 1.OPC UA 简介OPCUA(UnifiedArchitecture)标准是OPC基金会2006年推出的一个新的工业软件应用接口规范，是企业软件架构的一个全新方向。OPC UA的主要目标是建立更丰富的数据模型与平台的独立性，以及提高工厂底层和企业系统之间的集成支持。2.OPC UA 产生现有OPC 规范的不足：1) 缺少跨平台通用性。由于COMDCOM对Microsoft平台的依赖性，使得OPC-COM接口很难被应用到其它平台上。2) 较难与Intemet应用程序集成。由于网络防火墙会过滤掉大多数基于COM传输的数据，因此OPC-COM不能与Intemet应用程序进行交互。DCOM 不适用于Internet 环境，它不支持通过Internet访问对象；3) COM 产生的传输报文复杂，并且由于防火墙的存在，在Internet 上发送COM 报文非常困难。4) 较难与企业应用程序连接。企业应用程序需要实时的工业现场数据，这些数据通常来自具有OPC-COM接口的服务器。但是这些上层应用程序大多没有与OPC-C0M服务器交互的OPC-COM接口，因而不能进行连接。促使OPC UA 出现的主要因素：1)工业应用软件正转向Microsoft.NET； 2)客户端软件需要一个集成的API 集成现有OPC规范及各自独立的API； 3)客户端软件需要对数据语义进行识别； 4)客户对服务器安全性、可靠性等性能方面更高的要求。针对上述因素和现有OPC 的不足，新规范OPC UA 主要通过以下方法来解决：1) OPC UA 的消息采用WSDL 定义，实现了规范的平台无关性；2) OPC UA 定义了一套集成的服务，解决了现有OPC 规范在应用时服务重叠的问题；3) OPC UA 采用了集成的地址空间，增加对象语义识别功能，并实现了对信息模型的 支持；4) 另外，OPC UA 采用冗余技术、安全模型等一系列机制，提高了安全性、可靠性等方面的性能。虽然我们可以用OPC XML-Data Access 规范，并结合SOAP、WSDL 等Web Services 技术，能弥补上述缺陷，但是由于规范本身的问题，其在可互操作性、安全性、可靠性等方面仍不能满足用户的需求。为此，OPC 基金会推出新一代OPC 规范 OPC UA。3.OPC UA 服务器体系结构OPC UA 服务器体系结构中主要包括真实对象、OPC UA 服务器应用程序、OPC UA 地址空间、公布/ 预定实体、OPC UA 服务器服务API、OPC UA通信栈，其中真实对象包括物理对象和软件对象。3.1 OPC UA 服务器与客户主要的交互实现1）客户发送服务请求，经底层通信实体发送给OPC UA 通信栈，并通过OPC UA 服务器接口调用请求/ 响应服务，在地址空间的一个或多个节点上执行指定任务之后，返回一个响应；2）客户发送发布请求，经底层通信实体发送给OPC UA 通信栈，并通过OPC UA 服务器接口发送给预定，当预定指定的监视项探测到数据变化或者事件/警报发生时，监视项生成一个通知发送给预定，并由预定发送给客户。3.2 OPC UA服务器的链接机制一个服务器可作为一个客户与另一个服务器进行交互：由此，通过OPC UA 服务器，企业容易实现现场层到企业层的数据访问。4.OPC UA 对象模型现有OPC API 定义的对象是相互分离独立的，OPC UA 通过OPC UA 对象模型，实现了对各个对象服务的集成。对象模型是通过对象的变量、方法、事件及其相关的服务来表现对象的。变量：现有OPC DA API方法：现有OPC Commands API 事件：现有OPC A&E API变量表示对象的数据属性，它可以是简单值或构造值。变量有值特性、质量特性和时间戳特性。值特性表示变量的值，质量特性表示生成的变量值的可信度，时间戳特性表示变量值的生成时间。方法是被客户调用执行的操作。它分为状态的和无状态的。无状态是指方法一旦被调用，必须执行到结束，而状态指方法在调用后可以暂停，重新执行或者中止。事件表示发生了系统认为的重要事情，而其中表现异常情况的事件被称为报警。通过对象模型实现了数据、报警、事件以及历史数据集成到一个单独的OPC UA 服务器中。例如，OPC UA 服务器把一个温度传送器视为一个对象，它由一个温度值，一组警报参数和相关的警报界限组成。5.OPC UA 地址空间OPC UA 的地址空间是由一系列节点经组织而构成的，客户通过OPC 服务来访问它。地址空间里的节点是用于表现真实对象、对象的定义以及对象间的引用（reference）。在现有OPC 规范中，各个规范单独定义自己的地址空间和服务，而OPC UA 把这种模型统一为一个集成的地址空间。例如，一个温度传送器的OPC 服务器，假定它提供当前的温度值和一组警报当温度值超过最高极限或低于最低极限时发生。用现有OPC 规范实现上述OPC 服务器，需要实现两个OPC API，OPC DataAccess API 用来获取温度传送器的温度值，OPCAlarm & Event API 用来实现警报，客户程序用不同的浏览方法定位温度值和其警报之后，还要在客户端使用特定方法关联温度传送器的温度值和其警报，而OPC UA 服务器则把数据、警报、事件集成到单一的地址空间里。6.OPC UA 服务器与现有OPC 服务器比较1) 可互操作性:集成了现有OPC 各自独立的API，增强了可互操作性。2) 开放性:增加了对Linux/Unix 等其他非微软平台的支持。3) 安全性:增加了服务器的鉴别与授权、消息的签名与加密，提高了安全性能。4) 集成能力:服务器间的链接机制使得更容易实现现场层到管理层的集成，诸如实现MES，ERP 系统，更适合作为系统的集成工具。5) 可靠性:利用冗余技术、消息序列号、生存保持期等方法，提高了可靠性。7.OPC UA 适用场合OPC UA规范为独立于平台的通讯和信息技术创造了基础。UA 技术具有可升级性、网络兼容性、独立于平台和安全性等特点。因此，它可广泛应用于控制系统、MES（制造执行系统） 以及 ERP（企业资源计划系统）。8.OPC UA与EDDL、FDT/DTM的结合所谓设备集成(Device Integration)，就是在自动化技术的系统中集中地调用现场设备的数据和功能。近年来市场上流行两种先进的集成技术：电子设备描述语言(EDDL)和现场设备工具 (FDT)。这两种技术构成不同的解决方案。FDT(Field Device Tool)技术已由ABB、EB Hartmann&Braun、Siemens公司的代表及ZVEI成员开发完成。其目的是找到一种解决方案，使得人们能在控制系统的工程设计软件中设置现场仪器，而不管它们使用何种通讯协议。一方面他们想为工程师提供有关智能以表的所有细节，另一方面要让仪器制造商从需支持各种不同种类的过程控制系统的困境中解脱出来。以Microsoft ActiveX/COM技术为基础的FDT规范就是很好的解决方案，通过它，仪表的所有应用都可集成到工程师软件或其他配置工具软件中。DTM(Device Type Manager)是仪器制造商提供的用于对仪表进行配置的接口程序，它相当于智能仪表的driver。它与FDT的关系是：FDT定义了DTM与控制系统工程设计软件之间的接口。DTM拥有仪器的所有信息。通过工程设计软件，人们可以实施仪表的所有功能，并能设置其所有参数。另外，DTM把它的数据存储到过程控制系统的中心数据库，通过使用FDT实现与现场仪表的通讯。这样，DTM就无需知道关于过程控制系统的结构及通讯路径的信息。一旦建立了DTM并且FDT起作用，DTM就可在任何环境中使用。EDDL是描述电子(仪表)设备的语言。电子设备描述(EDD)是作为文本文件被保存下来的， 和不依赖于操作系统和浏览器的HTML 或JAVA 相似。EDD-Application(应用)程序解释EDD并为用户生成一个操作界面。EDD 是一种统一的、独立于平台的设备操作的基础，这是它最重要的特征与优点。EDDL是与操作系统独立的并向后兼容的。如果操作系统版本升级，现有的EDD文件将会继续有效，不会由于升级EDD造成时间、生产力和成本的损失。新的驱动程序不是必需的，这就免去了测试和验证兼容性的必要。表1所示为EDDL 和FDT/DTM 两种集成方法主要不同点的对比。表1 EDDL-FDT/DTM对比将OPC UA和EDDL相结合用于数据交换是FF现场总线基金会、Hart通信基金会和Profibus总线技术协会推荐采用的方式。OPC与EDDL技术的集成将为使用标准的、与平台独立接口的OPC客户应用提供更加丰富的信息。这些客户应用程序将能够工作在整个企业中大范围的系统上。通过合并EDDL与OPC，客户端不仅能够访问数据而且可以访问数据描述。这样就可以开发更加复杂、与平台独立的客户端应用。EDDL不仅是与平台独立，而且与通讯协议独立；再加上它是一个国际性的标准。考虑到OPC服务器支持来自数百万已经使用FF、HCF和PNO通讯技术的设备对数据的访问，并且这些设备使用EDDL描述数据，OPC使用EDDL作为它的类型描述就很自然了。这不仅提供了访问数据的途径，而且提供了访问已存在的EDD描述的路径。实际上，当这个项目完成时我们的最终用户将成为真正的赢家。我们相信OPC与EDDL的结合真正是解决与互操作性和数据集成相关问题的唯一合理方法。9. OPC UA特点与目前的OPC 规范相对比， OPC UA 提出了更多的新特点： 复杂数据内置：在新的