在傳統(tǒng) OPC技術(shù)成功的基礎(chǔ)上， OPC基金會完成了繼任者的安排： OPC統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。這個新標(biāo)準(zhǔn)克服了傳統(tǒng)OPC發(fā)現(xiàn)的弱點(diǎn)，而且極大擴(kuò)展了使用范圍。從他完成的那一天開始，整個工業(yè)的應(yīng)用都轉(zhuǎn)向了基于 OPC UA的實(shí)施。在這個背景下，我們現(xiàn)在可以對OPC UA來一次盤點(diǎn)：OPC UA都包括哪些用例? OPC UA 提供了什么收益? OPC UA還能夠用在什么地方?本文就是要給出這些問題回答。

圖1：OPC UA架構(gòu)：OPC UA允許把服務(wù)器嵌入于系統(tǒng)中，因此開創(chuàng)了自動化的新概念。

　　傳統(tǒng)的 OPC 技術(shù)已經(jīng)有十幾年的時間了。自從OPC成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，他已經(jīng)成功用于實(shí)時數(shù)據(jù)交換、事件監(jiān)視和歷史數(shù)據(jù)訪問。他的一個主要的優(yōu)點(diǎn)是：在一個系統(tǒng)中，允許不同供應(yīng)商的軟件應(yīng)用共存。因此，OPC在今天獲得了廣泛的采用，在制造和過程自動化、樓宇自動化和各種其他工業(yè)應(yīng)用中，世界范圍的OPC安裝使用量已經(jīng)有數(shù)百萬套。但是隨著時間流逝，逐漸發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng) OPC 技術(shù)具有多種局限，阻礙了其更廣泛的接受和使用。一個問題是傳統(tǒng)的 OPC捆綁微軟的視窗(Windows)操作系統(tǒng)過于緊密，并且他的技術(shù)是基于組件對象模型/分布式組件對象模型(COM/DCOM)。在個人計(jì)算機(jī)(PC)之間要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換時，需要進(jìn)行的配置，在某些情況下，還要有很深的專業(yè)知識，因此在這些應(yīng)用中使用OPC就比較困難。工業(yè)現(xiàn)場和不同行業(yè)對OPC技術(shù)提出了更高的需求，比如：信息安全、防止數(shù)據(jù)丟失、冗余能力和對復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的支持。作為回應(yīng)，OPC基金會開發(fā)了一個完整的修訂版本，擴(kuò)展了傳統(tǒng)的OPC標(biāo)準(zhǔn)， 稱為OPC 統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)， 在前些年正式發(fā)布。他解決了傳統(tǒng)OPC的問題，增加了許多新特性，像平臺無關(guān)性、可伸縮性、高可用性和因特網(wǎng)能力。新標(biāo)準(zhǔn)展現(xiàn)了全新的自動化理念。

　　OPC UA 在更廣闊的前沿推進(jìn)

　　在過去的若干年中，很多制造商開發(fā)了基于傳統(tǒng) OPC的產(chǎn)品，現(xiàn)在仍然在最終用戶中成功地使用，這在一定程度上阻礙了新的投資。另外，供應(yīng)商對OPC UA支持的產(chǎn)品在市場上還沒有完全鋪開。盡管如此，仍有大約200種 OPC UA 早期的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)布，或者即將發(fā)布。另外，還有很多自動化解決方案的提供商正在進(jìn)行OPC UA項(xiàng)目的實(shí)施。這些公司通常要使用更長的時間發(fā)布新產(chǎn)品，并且常常低調(diào)發(fā)布公告。一旦這些支持 OPC UA技術(shù)的產(chǎn)品推出，那么預(yù)期的增長會很快。因此，問題不是OPC UA 的成功是否會超過傳統(tǒng)OPC。問題應(yīng)該是OPC UA要花多長時間達(dá)到這樣的成功。一個促進(jìn)這種發(fā)展的因素是國際電工委員會(IEC)的標(biāo)準(zhǔn)化工作將在不久的將來完成。那時 OPC UA 將不僅是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且還是一種官方的IEC標(biāo)準(zhǔn)。

　　OPC 統(tǒng)一架構(gòu)的優(yōu)勢

　　?為過程數(shù)據(jù)、報警和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型;

　　? 跨越計(jì)算機(jī)的簡單使用;

　　? 穿過防火墻的安全通信;

　　? 在非Windows平臺的使用;

　　? 通過嵌入式 OPC UA設(shè)備，快速而簡單完成工程;

　　? 對復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的支持;

　　? 防止數(shù)據(jù)的丟失;

　　? 可選多種冗余能力。

　　廣泛實(shí)施自動化新理念

　　下面的應(yīng)用舉例描述了實(shí)施自動化項(xiàng)目獲得收益的優(yōu)越性， OPC UA 超過傳統(tǒng) OPC的擴(kuò)展能力。

　　1. 在注塑機(jī)械中使用嵌入式 OPC UA 服務(wù)器

　　作為世界領(lǐng)先的注塑機(jī)制造商之一，阿伯格(Arburg)公司一直在尋找提高效率的方法。他的客戶比較關(guān)心的需求是：容易安裝、調(diào)試和維護(hù)。

　　注塑機(jī)械的縱向集成、配置、可視化和診斷在高端應(yīng)用中扮演主要的角色。使用 索福廷(Softing)公司的OPC UA開發(fā)工具包，Arburg公司已經(jīng)開發(fā)了一款嵌入式OPC UA服務(wù)器，集成在注塑機(jī)之中，可以事先完成安裝和配置，因此消除了在客戶現(xiàn)場就地安裝的需求。因?yàn)锳rburg公司的注塑機(jī)基于VxWorks操作系統(tǒng)，這種方案如果使用傳統(tǒng)OPC技術(shù)是行不通的。使用傳統(tǒng)OPC技術(shù)必須要增加一臺視窗個人計(jì)算機(jī)(Windows PC)，否則無法完成。 Arburg 公司解決方案的另一個優(yōu)點(diǎn)是命名空間的伸縮性，根據(jù)機(jī)器的大小，對OPC UA子集的需求，更改命名空間的大小。 海因瑞馳?穆勒(Heinrich Müller)，Arburg公司軟件開發(fā)的領(lǐng)頭人，指出這種解決方案的優(yōu)勢是：“對于我們，作為注塑機(jī)的制造商，OPC UA提供了一種簡單和方便的方法集成我們的機(jī)器，進(jìn)入了高水平應(yīng)用。OPC UA 還使得我們的客戶能夠容易地對我們的設(shè)備進(jìn)行配置、監(jiān)視和數(shù)據(jù)分析 。... Softing公司提供的OPC UA開發(fā)工具包，為我們節(jié)省了幾個月的開發(fā)時間?！?/FONT>

　　2. 住宅小區(qū)通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能源監(jiān)視和控制

　　奧地利nte系統(tǒng)(nte Systems)公司成立于2009年，目標(biāo)是成為一家具有工業(yè)特色、專注于可再生能源系統(tǒng)的技術(shù)型企業(yè)。nte Systems為可再生能源系統(tǒng)的使用和運(yùn)行，提供流程、方法和診斷系統(tǒng)，具有一系列創(chuàng)新的電子硬件和應(yīng)用軟件產(chǎn)品。在奧地利格拉茨的一個大型住宅小區(qū)中，nte Systems公司為 59個住宅單元的加熱系統(tǒng)和一個300 平方米的太陽能加熱系統(tǒng)，實(shí)施整體的熱網(wǎng)控制、監(jiān)視和運(yùn)行管理，其中使用了來自倍加福的PLC和集成的OPC UA服務(wù)器。

　　通過來自nte Systems的Scady產(chǎn)品集中執(zhí)行操作和監(jiān)視功能，OPC UA軟件來自 Softing公司，通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信。“當(dāng)我們把PLC連接到因特網(wǎng)以后，只要我們輸入IP地址，所有數(shù)據(jù)項(xiàng)在Scady系統(tǒng)設(shè)計(jì)者(Scady System Designer)上實(shí)現(xiàn)了可視化。這時，我們就可以通過鼠標(biāo)拖拽完成圖表的編制。這不能再簡單了。”吉奧格?斯丹思尼(Georg Stasny)說道，他是 nte Systems公司的總監(jiān)。然后他總結(jié)到：“僅OPC UA就給我們提供了這樣的可能性：通過因特網(wǎng)對最終用戶的PLC進(jìn)行一種‘不編程’的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。以前的OPC 和組件對象模型(COM)或者類似的技術(shù)，穿過防火墻、再安全連接幾百臺OPC服務(wù)器是不可能或者是及其困難的?！?/FONT>

　　

　　圖2：在奧地利格拉茨的一個住宅小區(qū)中，nte Systems為 59個住宅單元的加熱系統(tǒng)和一個300 平方米太陽能加熱系統(tǒng)，實(shí)施整體的熱網(wǎng)控制和監(jiān)視。

 

　　3. 監(jiān)測海上風(fēng)電場

　　阿海法(Areva)公司的阿爾法?完圖斯(alpha ventus)測試場地是一個位于北海的海上風(fēng)力發(fā)電廠，距離德國的海岸大約45公里。風(fēng)電場使用5MW風(fēng)力渦輪機(jī)，所有風(fēng)機(jī)自動運(yùn)行，自動監(jiān)測。同時，所有渦輪機(jī)也被大陸的操作員晝夜不停地監(jiān)視著。中央操作站連接風(fēng)電場需要實(shí)施特殊的安保和鑒權(quán)機(jī)制，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施包含不同子網(wǎng)和域 ，通過路由器連接，還有防火墻保護(hù)。在這種條件下，配置和管理是一種具有挑戰(zhàn)和費(fèi)時的工作。因?yàn)镺PC UA是基于加密數(shù)據(jù)傳輸，并且支持用戶鑒權(quán)和在數(shù)據(jù)項(xiàng)級的監(jiān)視功能，所以使用這項(xiàng)技術(shù)的決定沒有耗費(fèi)多少周折。 另外，必須要建立海上風(fēng)電廠與遠(yuǎn)程操作站的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)。因?yàn)锳reva風(fēng)力渦輪機(jī)使用了倍加福的控制器，Windows CE操作系統(tǒng)，并且提供了一個集成的OPC UA服務(wù)器接口，所以需要做的就是要在OPC UA客戶機(jī)上安裝Areva的可視化應(yīng)用。解決方案現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了海上渦輪機(jī)與陸上企業(yè)信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，能夠執(zhí)行遠(yuǎn)程的控制、維護(hù)和測量。

　　

　　圖3：Areva：AREVA 風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的一個特性是控制器帶有OPC UA服務(wù)器。這就為海上的渦輪機(jī)與陸上的中央操作站之間提供了通信基礎(chǔ)。

 

　　4. 測量結(jié)果的集中收集和分散顯示

　　在米爾，集中收集來自控制器和可視化系統(tǒng)的測量結(jié)果，然后在三十臺分散的測試站顯示。這里關(guān)鍵的問題是要連接不同制造商的控制器和可視化系統(tǒng)，為了達(dá)到高性能，不能另加其他接口交換數(shù)據(jù)。為了滿足這些需求，實(shí)施了一種基于OPC UA服務(wù)器的OPC UA架構(gòu)。HMI是可視化系統(tǒng)的一部分，通過OPC UA服務(wù)器的驅(qū)動程序用TCP/IP以太網(wǎng)連接。 同樣，控制器(PLC/DCS)通過OPC UA服務(wù)器的驅(qū)動程序經(jīng)現(xiàn)場總線/工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接，把數(shù)據(jù)集中到OPC UA的服務(wù)器中。結(jié)果，米爾現(xiàn)在具有一個穩(wěn)定的高性能系統(tǒng)，滿足了所有的要求。

　　

　　上面的應(yīng)用案例展示了OPC UA現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是一個規(guī)范了。OPC UA技術(shù)以他的多樣性和高性能，今天已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境。系統(tǒng)集成商把OPC UA作為他們自動化整體解決方案中的一個組件是非常明智的，可以用于各種項(xiàng)目的工程計(jì)劃。

（轉(zhuǎn)載）