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通讯协议004——OPC通讯标准的前世今生

时间: 2023-07-01 09:29:00 来源: 哔哩哔哩

OPC是英文“OLE for Process Control”的缩写,是工业自动化领域中的一种工业通信标准。它通过定义一些在不同平台上具有通用性的规范,实现了各种设备、不同制造厂商及不同代表的设备可互联互通。

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今天我们来聊一聊OPC通讯标准的前世今生。


【资料图】

1、OPC产生的背景

在OPC通讯标准产生之前,自动化设备对外数据服务没有统一的接口标准。不同的软硬件厂商都有自己的一套标准。如早期的PhoneWell DCS、横河DCS、Foxboro DCS都有各自的数据服务接口,为此,要从这些设备或系统中采集数据,必须编写不同的通讯接口。这好比如早期的手机充电接口,不同厂家的手机必须配备厂家自带的充电器,或者通过各种转换接口,否则无法充电。这就给工业互联效率和成本带来很大的阻碍。

为了解决这种接口不统一造成工业互联效率低下、成本高的现状,1995年,由Microsoft和3个工业自动化系统供应商共同创立OPC(OLE for Process Control)Foundation组织。OPC Foundation致力于定义一组开放、中立、标准的数据接口规范,建立一种工业自动化领域内通用的数据通信机制。在1996年,OPC第一个版本定义了核心规范(COM/DCOM)和数据访问规范(DA),此后不断推出新的规范,包括历史数据规范(HDA)、报警和事件规范(A&E)等等。目前,OPC已经广泛应用于各种设备连接与数据采集场合。这个过程如同手机充电接口的统一,当然,除了坑人的苹果手机,这无疑给用户带来了极大的方便。

OPC通讯标准的发展经历了经典OPC和OPC UA两个阶段。

2、经典OPC

经典OPC是第一代OPC技术, 英文全称为:OLE for Process Control。OLE技术是基于微软公司的COM/DCOM技术,因此经典OPC本质上是基于COM/DCOM的过程控制技术。经典OPC提供了一整套过程控制中数据交换的软件标准和接口,包括:

1)OPC DA(OPC Data Access):OPC数据访问接口,这是最常用到的接口,接口定义了数据交换的规范,包括:过程值、更新时间、数据品质等信息。目前OPC DA经历版本(1997年)、版本(2002年)、版本(2003年)。

2) OPC AE (OPC Alarms & Events):OPC报警与事件接口,接口定义了报警、事件消息、变量的状态及如何管理。

3) OPC HDA(OPC Historical Data Access): OPC历史数据访问接口,接口定义了访问及分析历史数据的方法。

4) OPC XML-DA:XML数据访问,脱离Windows COM/DCOM技术,提供基于XML、SOAP、HTTP的数据交换。

5) OPC DX(Data eXchange):提供在OPC服务器之间交换数据的功能,该标准的主要目的是为来自不同制造商的设备和程序之间的数据交换创建网关。

OPC接口涉及对接双方,对接方可以分为OPC Server和OPC Client。OPC Server一般由厂商提供,负责与系统、设备通讯,将系统、设备的数据封装成对外服务的OPC接口。OPC Client则是符合OPC标准的客户端软件,可以由第三方自行开发,通过OPC标准接口与OPC Server进行通讯,可以获取到系统、设备的实时数据,也可将指令下载到系统或设备。经典OPC网络拓扑图如下图所示。

由于采用了标准的OPC接口,不同厂家的系统、设备对外数据服务采用相同的规范,1个OPC客户端可以对接不同厂家的系统、设备,大大提高了工业互联的效率,从而降低互联成本。

3、OPC UA

OPC自发布以来广泛应用在工业互联中,但由于对COM/DCOM技术的依赖性,该技术在安全性、跨平台性以及连通性方面都存在很多问题。如:很难通过Internet/Intranet,尤其是企业防火墙;难以运行在非Windows系统中,也难以在嵌入式系统中实现;很多上层应用没有COM接口,难以进行远程调用等。

OPC UA的推出,正是基于这一背景。该技术不再依靠DCOM,而是基于面向服务的架构 (SOA),提供了如平台独立性,扩展性,高可靠性和连接互联网的能力。因此,OPC UA的使用更简便。

OPC UA(OPC Unified Architecture),基于OPC统一架构的时间敏感网络技术 ,是一个新的工业软件接口规范,其目的在于提出一个企业制造模型的统一对象和架构定义,具有跨平台、增强命名空间、支持复杂数据内置、大量通用服务等新特点。

OPC UA 规范包含核心规范部分与存取类型规范部分,其中核心规范部分包括

²  OPC UA Data Access

²  OPC UA Alarms and Conditions

²  OPC UA Programs

²  OPC UA Historical Access

存取规范部分包括:

²  OPC UA Security Model

²  OPC UA Address Space Model

²  OPC UA Services

²  OPC UA Information Model

²  OPC UA Service Mappings

²  OPC UA Profiles

和现行OPC一样,OPC UA 系统结构包括 OPC UA 服务器和客户端两个部分, 每个系统允许多个服务器和客户端相互作用。

由于OPC UA技术具备优秀的信息建模、通信传输、跨平台等能力,使得数据采集、信息模型化、系统通信更加安全、可靠。这决定了OPC UA将在多广泛的技术领域获得应用,如IEC发布的智能电网标准化Roadmap将OPC UA技术作为重要的支撑标准,德国工业也将OPC UA作为支撑技术之一。所以,OPC UA技术将作为重要的信息集成标准,在信息领域获得广泛应用。

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责任编辑:QL0009

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