OPC UA 专题一：OPC 的诞生

颁布功夫：2020-02-20

若是说OPC UA是自工业4.0尺度推出以来最火的通讯和谈，似乎一点也不为过。下至现场传感器采集，上至工业云，自动化领域中或多或少城市涉及到OPC UA。
然而，在我们近几年的推广过程中发现，我们国内大部吩祗业都在追随先进企业的产品职能，至于OPC UA为什么会被工业4.0尺度器沉？各大自动化厂商为什么会纷纷追捧？OPC UA到底是一种通讯和谈尺度还是一个技术规范？若何能正确使用OPC UA技术？等等一系列问题并不能很清澈地意识和解答。
我们但愿凭据以往的产品和技术经验做一个专题向各人介绍OPC UA技术，以便这种先进的技术在国内更大领域的推广开来，提高更多企业的效能。
本篇文章将对OPC的诞生做单一的论述。

1. OPC 基金会

从九十年代初起头，基于PC和软件的自动化系统在工业自动化利用中的使用迅速增长，尤其是基于Windows的PC用于可视化和节造类利用。从前数年中，开发尺度的自动化软件重要致力之一是接见设备中的自动化数据，此过程使用了无数分歧的总线系统、和谈和接口。
在更早的DOS时期，利用法式软件的确存在类似的问题。例如对于打印机的接见，每个利用法式都必要为所有支持的打印机编写自己的打印机驱动法式。Windows通过将打印机支持归并到操作系统中，解决了打印机驱动法式的问题。这个打印机驱动法式接口可以为所有必要打印机接见的利用法式提供服务。Windows打印机驱动法式由打印机造作商提供，而不是由利用法式开发人员提供。
同打印机驱动法式一样，人机界面（HMI）和监控与数据采集（SCADA）软件的供给商也存在类似的问题。为相识决这个问题，1995年由费舍尔-罗斯蒙特、罗克韦尔软件、Opto 22、Intellution和Intuitive Technology公司提议了一个工作组，其指标是为设备驱动法式界说即插即用尺度，以尺度化接口的步骤接见基于Windows系统的自动化数据。
1996年8月，该工作组颁布了OPC数据接见（OPC Data Access）规范。其时OPC技术成功的原因之一是仅关注主题问题，削减重要职能的界说过程，并限度API的界说，而使用Microsoft Windows COM和DCOM技术代替。
同年9月，一个可提供合规性和互操作性的尺度检验及认证的正式组织—OPC基金会在芝加哥ISA展会上成立，OPC基金会起头将其现有规范放到网上为更多的企业服务。
1998年，OPC数据接见（OPC Data Access）规范的第二版推出，大量产品基于该版本实现了尺度化，也是OPC产品最沉要的接口。最终，大量SCADA和HMI系统、DCS、MES都支持OPC接口。OPC造成一种被普遍接受的尺度，可能在造作和过程工业中的分歧厂家的自动化系统之间互换数据。
经历了12年后，凭据数据统计，OPC基金会会员已超过450家，其中席卷了全球多多自动化系统的有关供给商，下图显示了按会员类别和地域分类的OPC基金会会员统计。OPC基金会在其产品目录中仅来自OPC基金会会员的产品就蕴含了1500多种。整个OPC市场有超过2500多家供给商，提供超过15000种支持OPC的产品。

OPC基金会会员统计/会员按类别统计（左）和会员按地域统计（右）

2. Classic OPC 职能接口

OPC基金会在规范中界说了很多软件接口，以尺度化从流程级到治理级的信息传输。凭据工业利用中的分歧要求，界说了三个重要的OPC规范：数据接见（DA）、警报和事务（A&E）以及汗青数据接见（HDA）。DA规芳述了对当前过程数据的接见；A&E描述了基于事务的信息接口，蕴含对过程警报简直认；而HDA描述了接见汗青数据的职能。所有接口都提供一种在地址空间中索引有关可用信息数据的步骤。
OPC使用客户端-服务器（Client-Server）方式进行信息互换。OPC服务器像设备一样封装过程信息的起源，通过其接口界说保障信息能够被接见。OPC客户端衔接到OPC服务器，接见服务器并使用所提供的数据。处置数据的利用法式既可所以客户端，也可所以服务器。下图显示了OPC客户端和服务器的典型用法。

OPC客户端和服务器的典型用例

Classic OPC接口基于Microsoft的COM和DCOM技术。它的优势是削减尺度设计的工作量，进而削减分歧API需要的界说，并且无需界说网络和谈或过程间通讯的机造。但是两个重要弊端是OPC对Windows平台的依赖性以及OPC进行远程通讯时的DCOM问题。DCOM的问题在于配置难题，超不断间极度长且不成配置，并且不能用于Internet通讯。

3. OPC 数据接见（OPC Data Access）

OPC Data Access接口允许读取、写入和监督过程数据的变量。重要利用是将实时数据从PLC，DCS和其他节造设备移至HMI和显示客户端。OPC DA是最沉要的OPC接口，使用Classic OPC技术的产品中有99％都实现了该职能。
OPC提供的实时数据可能无法一向接见，例如：当与设备的通讯临时中断时。 Classic OPC技术通过提供数据的功夫戳和数据传输质量来解决此问题。数据传输质量指定数据是正确的（优良），不成用的（不良）还是未知的（不确定）。

4. OPC 报警和事务（OPC Alarm & Events）

OPC A&E接口能够接管事务通知和报警通知。事务是单独通知，用于通知客户端事务的触发。报警是通知客户端有关过程中前提的变动。例如，报警的前提可所以罐的高度，在此示例中，当超过最大地位或低于最幼地位时可能会产生前提变动。
为了接管通知，OPC A&E客户端必要衔接到服务器并订阅通知，而后接管服务器中触发的所有通知。为了限度通知数量，OPC客户端能够指定某些过滤前提。

5. OPC 汗青数据接见（OPC Data Historical Access）

OPC Data Access提供对实时的、持续变动的数据接见，而OPC汗青数据接见则提供对已存储数据的接见。从单一的串行数据纪录系统到复杂的SCADA系统，都能够以统一的方式检索汗青数据。
OPC汗青数据接见重要职能是通过三种分歧方式读取汗青数据。第一种步骤从存档中读取原始数据，客户端界说一个或多个变量以及他要读取的功夫领域。服务器返回在指按功夫领域内归档的所有值，直至客户端界说存储的最大值。第二种步骤读取指按功夫戳的一个或多个变量的值。第三种读取步骤从指按功夫域的汗青数据库中为一个或多个变量推算聚合值，值始终蕴含有关的通讯质量和功夫戳。

6. 其他 OPC 尺度接口

OPC还规范了一系列扩大尺度为满足根基规范以表的特殊需要。下图是所有Classic OPC职能框图。

Classic OPC 接口规范

OPC安全性尺度规范了若何节造客户端对服务器的接见，以；っ舾行畔⒉⒃し牢淳谌ǖ牟僮鹘ɑ诟某淌。
OPC复杂数据、OPC批处置和OPC数据互换（DX）是OPC DA的扩大。复杂数据界说了若何使用复杂的结构化数据类型描述和传输值。OPC DX通过界说客户端操作和客户端内部的服务器配置接口来规范数据接见服务器之间的数据互换。OPC批处置扩大的DA，以满足批处置的特殊需要。
OPC号令职能界说了通过OPC挪用步骤或执行法式的机造。该规范在OPC UA启动后才实现，所以它从未颁布过，但其内容和职能已齐全整合到UA中。

7. OPC XML-DA

OPC XML-DA是第一个与平台无关的OPC规范，用HTTP / SOAP和Web Service技术取代了COM / DCOM。因而，引入了与供给商和平台无关的通讯基础架构，并保留了宽泛接受的OPC数据接见的职能。
由于典型的Web服务是无状态机造的，因而该职能被简化为用于互换OPC数据接见信息的最幼步骤集，而无需创建和批改通讯高低文的步骤。只需8种步骤即可涵盖OPC数据接见的关键职能。八项服务如下：
· GetStatus-验证服务器状态
· 读取-以读取一个或多个项目值
· 写入-以写入一个或多个项目值
· 浏览和获取属性-以获取有关可用项主张信息
· 订阅-以创建项目列表的订阅
· SubscriptionPolledRefresh-用于互换订阅的更改值
· SubscriptionCancel-删除订阅
OPC XML-DA专为互联网接见和企业集成而设计，基于其平台独立性，它重要在嵌入式系统和非Microsoft平台上使用。但是由于资源亏损高和机能有限，对于这种类型的利用法式没有达到预期的了局。

8. 总结

Classic OPC在九十年代的技术需要布景下，获得了巨大的成功。但是随着技术的发展和需要的变动，Classic OPC技术的短处越来越显著。所以OPC UA技术应运而生，OPC UA技术的基础是Classic OPC。OPC UA工作组在设计过程中但愿它可能得到更宽泛的利用。所以Classic OPC被设计成设备驱动接口，而OPC UA被设计成系统接口。OPC UA规范到底钥浼术层面解决了哪些问题，我们下一篇文章具体分析。

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