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貫穿自動化金字塔,工業(yè)控制為何需要OPC UA?

http://m.casecurityhq.com 2022-05-10 10:26 來源:虹科

  OPC UA因何而來?

  講到OPC UA 不得不提及他的前輩OPC,OPC(Object Linking and Embedding(OLE) for Process Control)是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術在過程控制方面的應用,被稱為控制系統(tǒng)“中間件技術”,是專為在現(xiàn)場設備、自控應用、企業(yè)管理應用軟件之間實現(xiàn)系統(tǒng)無縫集成而設計的接口規(guī)范。

  OPC自發(fā)布以來已廣泛應用在工業(yè)控制系統(tǒng)的信息集成中,但由于對微軟COM/DCOM技術的依賴性,該技術在安全性、跨平臺性以及連通性方面都存在很多問題。例如,很難通過Internet/Intranet,尤其是企業(yè)防火墻;難以運行在非微軟系統(tǒng)中,也難以在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn);很多上層應用沒有OPC-COM接口,難以進行遠程調(diào)用等。

  早期用過OPC的工程師,很多都被DCOM配置搞得焦頭爛額。OPC UA的推出,正是基于這一背景。該技術不再依靠DCOM,而是基于面向服務的架構(gòu) (SOA),提供了如平臺獨立性,擴展性,高可靠性和連接互聯(lián)網(wǎng)的能力。因此,OPC UA的使用更簡便。

  OPC UA是什么?有何特點?

  OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)是OPC基金會為自動化以及其他領域的數(shù)據(jù)通信提供的新標準。該技術旨在通過允許使用不同協(xié)議并在不同平臺(例如Windows,Mac以及Linux)上運行的工業(yè)設備相互通信來解決此問題。

  而且,OPC UA超越了工業(yè)以太網(wǎng)的范圍,它包括從自動化金字塔最低層開始的設備——處理現(xiàn)實數(shù)據(jù)的現(xiàn)場設備,諸如傳感器、執(zhí)行器和電機等——一直到最高層,包括例如SCADA,MES和ERP系統(tǒng),以及云計算。OPC UA允許自動化金字塔各個級別的工業(yè)設備(以不同的協(xié)議和不同的平臺運行)相互通信。

  OPC UA主要有以下幾個特點:

  01、支持跨平臺應用

  目前,OPC技術已成功拓展到Linux、Android、Vxworks、Unix等各類主流平臺,采用基于Internet的WebService 服務架構(gòu)和靈活的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。

  02、具有訪問統(tǒng)一性

  可有效將現(xiàn)有OPC規(guī)范(A&E、DA、HDA、命令、對象類型和復雜數(shù)據(jù)) 進行集成,不需要依賴微軟的DCOM技術,開發(fā)和維護更加容易。OPC UA提供了一致、完整的地址空間和服務模型,解決了過去同一系統(tǒng)的信息不能以統(tǒng)一方式被訪問的問題。

  03、通信安全,具有廣泛的通訊范圍

  防火墻不再是信息傳輸?shù)淖璧K,OPC的信息傳輸能力大幅提高。OPC UA信息的編碼格式通常采用XML文本格式或二進制格式,支持多種網(wǎng)絡傳輸協(xié)議。

  04、開發(fā)含有高度的可靠性和冗余性

  OPC UA支持可調(diào)試逾時設置、錯誤自發(fā)現(xiàn)和自糾正等功能的實現(xiàn),可使符合OPC UA規(guī)范的設備和系統(tǒng)具備自動處理通信錯誤和失敗的能力。用于OPC UA應用程序之間傳遞消息的底層通信技術,都可以通過證書生成的公用密匙與私用密匙實現(xiàn)加密和標記功能,以防止信息泄漏和保障信息完整。

  為何工業(yè)控制領域需要OPC UA?

  在工業(yè)控制領域,通信協(xié)議種類多樣化,不同廠家的PLC通信協(xié)議不同,同一廠家的不同型號的PLC通信協(xié)議也不相同,現(xiàn)場設備(比如電表、水表、熱表、水泵、變頻器、各種控制器)只要是涉及到通信的,協(xié)議都不盡相同,相比較而言,只有modbus 通信協(xié)議,相對統(tǒng)一,但是具體到不同廠家,其設備的通信點表也是不同的。

  所以在工業(yè)控制領域,就衍生了一種SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)軟件,這種軟件最重要的功能就是集成了各種廠家設備的通信協(xié)議驅(qū)動,實現(xiàn)與設備的通信。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來,設備需要接入物聯(lián)網(wǎng)平臺,這種多協(xié)議類型勢必不方便,因此需要一種統(tǒng)一化的通信協(xié)議,OPC UA的目的就是提供一種統(tǒng)一的通信協(xié)議,方便系統(tǒng)集成和物聯(lián)網(wǎng)設備接入。下圖顯示了OPC UA和PROFINET如何在制造環(huán)境中一起工作。

  如上圖所示,在現(xiàn)場級和控制級中使用PROFINET通訊協(xié)議來控制設備,在處理級以上則使用OPC UA數(shù)據(jù)傳輸。無論是在云中還是在工廠中,OPC UA是夠獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個有效途徑。以工廠中的焊接機器人為例,它可以被PLC控制,即PROFINET協(xié)議所實現(xiàn)的部分;而同時機器人也能夠提供狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù),這就是OPC UA通過PLC與 PROFINET通信的同一網(wǎng)絡所實現(xiàn)的部分,此時也可以在云上獲取機器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

  虹科OPC UA解決方案及技術服務

  虹科OPC UA SDK專為開發(fā)人員,系統(tǒng)集成商以及設備和控件制造商設計,它提供了快速啟用具有高性能OPC UA功能的設備和應用程序所需的所有功能以及Server和Client開發(fā),此SDK建立在OPC UA“一體式客戶端”設計的基礎上,抽象了低級OPC UA實施細節(jié),使軟件開發(fā)人員可以快速輕松地創(chuàng)建可擴展的、易于使用的、支持OPC UA的應用程序。

  虹科OPC UA解決方案已在市場應用中得到廣泛驗證與認可。Blue Pillar是美國的一家工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案供應商,能夠?qū)⒐I(yè)設備連接到互聯(lián)網(wǎng)并提供數(shù)據(jù)以管理、監(jiān)控和控制設備。在網(wǎng)關開發(fā)過程中,Blue Pillar將虹科OPC UA SDK(軟件開發(fā)套件)用于其嵌入式網(wǎng)關以大幅降低開發(fā)成本,并為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能源平臺用戶提供OPC UA連接的充分靈活性和安全性。

  而在另一家專注于物聯(lián)網(wǎng)智能制造和物聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品的工業(yè)分析軟件和服務的公司VIMANA則使用虹科OPC UA SDK來快速擴展其智能制造軟件的連接性,從而使用戶能夠收聽兼容OPC UA的所有設備。

  此外,虹科OPC UA SDK解決方案已經(jīng)助力于國內(nèi)某個云平臺,在采集業(yè)務數(shù)據(jù)之前,通過開發(fā)好的OPC UA 客戶端查看已定義的節(jié)點,再到該云端創(chuàng)建與節(jié)點屬性對應的OPC UA設備類型數(shù)據(jù)點。在添加OPC UA設備時輸入OPC UA服務器的URI,這樣就可以讓OPC UA設備成功接入該云平臺了,整個過程簡便且高效。

  除OPC UA之外,TSN是另一種在多種協(xié)議規(guī)范并行存在的背景下推動IT與OT融合的技術,該技術和OPC UA分屬不同的組織,其意義在于賦予傳統(tǒng)的標準以太網(wǎng)以實時性,同時使得IT數(shù)據(jù)與OT的周期性數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡中傳輸。目前,TSN技術已應用于鐵路、航空、工業(yè)、汽車等領域,并不斷擴大其市場規(guī)模。

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