在了解OPC UA 协议之前,我们先了解一些它的前身OPC 协议,这样更有利于了解OPC UA 的本质和由来。
OPC工业控制领域用到大量的现场设备,在OPC出现以前,软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件供应商在硬件上做了一些小小改动,应用程序也可能需要重写。同时,由于不同设备甚至同一设备不同单元的驱动程序也有可能不同,软件开发商很难同时对这些设备进行访问以优化操作。为了消除硬件平台和自动化软件之间互操作性的障碍,建立了OPC软件互操作性标准,开发OPC的最终目标是在工业控制领域建立一套数据传输规范。
OPC全称是OLE(Object Linking and Embedding) for Process Control。为了便于自动化行业不同厂家的设备和应用程序能相互交换数据,定义了一个统一的接口函数,就是OPC协议规范。OPC是基于WINDOWS COM/DOM的技术,可以使用统一的方式去访问不同设备厂商的产品数据。简单来说OPC就是为了用于设备和软件之间交换数据。
OPC基金会前前后后规定了不同的接口定义,如下:
• OPC DA (Data Access, exchange of real-time values,数据访问),定义了数据交换,包括值、时间和质量信息
• OPC A&E (Alarms & Events, exchange of alarms and events,警报和事件),定义了报警和事件类型消息信息的交换,以及变量状态和状态管理。
• OPC HDA (Historical Data Access, exchange of historical values,历史数据访问),定义了可应用于历史数据、时间数据的查询和分析的方法。
• OPC XML DA (XML-based exchange of real-time values)
OPC UAUA全称是unified architecture(统一架构)。为了应对标准化和跨平台的趋势,为了更好地推广OPC,OPC基金会近些年在之前OPC成功应用的基础上推出了一个新的OPC标准-OPC UA。OPC UA接口协议包含了之前的 A&E, DA,OPC XML DA or HDA,只使用一个地址空间就能访问之前所有的对象,而且不受WINDOWS平台限制,因为它是从传输层以上来定义的,导致了灵活性和安全性比之前的OPC都提升了。
OPC UA实质上是一种抽象的框架,是一个多层架构,其中的每一层完全是从其相邻层抽象而来。这些层定义了线路上的各种通信协议,以及能否安全地编码/解码包含有数据、数据类型定义等内容的讯息。利用这一核心服务和数据类型框架,人们可以在其基础上(继承)轻松添加更多功能。
OPC UA将成为一个转换工具。其它协议/标准(如BACnet)可以非常轻松地转换为OPC UA内的一个子集。
OPC UA多层方法实现了最初设计UA规范时的目标:
OPC UA 使用了对象(objects)作为过程系统表示数据和活动的基础。对象包含了变量,事件和方法,它们通过引用(reference)来互相连接。
OPC UA 信息模型是节点的网络(Network of Node,),或者称为结构化图(graph),由节点(Node)和引用(References)组成,这种结构图称之为OPC UA 的地址空间。这种图形结构可以描述各种各样的结构化信息(对象)。
地址空间要点:
节点模型要点:
节点模型通用属性
包含引用的节点为源节点,被引用的节点称目标节点。引用的目标节点可以与源节点在同一个地址空间,也可以在另一个OPC服务器的地址空间,甚至是目标节点可以不存在。
3、引用模型
类型定义节点是服务器提供用于对象和变量的类型定义。
标准的节点类标准的节点类有如下几种:
在OPC UA中,最重要的节点类别是对象,变量和方法。
1. 节点类别为对象
节点类别为对象的节点用于(构成)地址空间结构。
2. 节点类别为变量
节点类别为变量的节点代表一个值。
3. 节点类别为方法
节点类别为方法的节点,代表服务器中一个由客户端调用并返回结果的方法。
OPC UA的模型采用XML 文件描述,然后通过一个编译工具可以将XML 编译成C 语言的程序。
OPC UA的优势:一、功能方面,OPC UA不仅支持传统OPC的所有功能,更支持更多新的功能:
1. 网络发现:自动查询本PC机中与当前网络中可用的OPC Server。
2. 地址空间优化:所有的数据都可以分级结构定义,使得OPC Client不仅能够读取并利用简单数据,也能访问复杂的结构体。
3. 互访认证:所有的读写数据/消息行为,都必须有访问许可。
4. 数据订阅:针对OPCClient不同的配置与标准,提供数据/消息的监控,以及数值变化时的变化报告。
5. 方案(Methods)功能:OPC UA中定义了通过在OPCServer中定义方案(Methods),来让OPC client执行特定的程序。
二、平台支持方面,由于不再基于COM/DCOM技术,OPC UA标准提供了更多的可支持的硬件或软件平台。
三、安全性方面,最大的变化是OPC UA可以通过任何单一端口(经管理员开放后)进行通信,这使得OPC通信不再会由于防火墙受到大量的限制。
OPC UA在通过防火墙时通过提供一套控制方案来解决安全问题:
核心的区别是因为OPC和OPC UA协议使用的TCP层不一样,OPC是基于DOM/COM上,应用层最顶层;OPC UA是基于TCP IP scoket 传输层
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