OPC UA使IIoT的实施成为可能
2022-2-21新闻
By Isao Hirooka丨February 15, 2022丨Yokogawa
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01
OPC UA的概述
OPC UA已经成为平稳数据交换的关键技术。它比IIoT更早，因为它是在2008年作为标准发布的，建立在OPC Classic（DA、A&E和HDA）的成功之上。实施IIoT项目的公司正在转向它，因为它具有安全和有效地发送和接收数据所需的四个关键特性：
√ OPC UA管理机构，即OPC基金会，对设备进行认证，以确保来自不同供应商的设备互连时的互操作性。
√ OPC UA使用一个信息模型来轻松发送和接收多种设备的数据。
√ 它的通信方法有效地连接了使用一系列数据要求的设备，用于各种应用。
√ 它应用了从信息技术和操作技术环境中提取的不同的成熟的网络安全工具，以确保高水平的安全。
一个公司在考虑实施OPC UA时应该考虑什么？网络设计者应如何将这四种能力用于工作？
测试和认证方案
终端用户公司不会在没有保证的情况下采用OPC UA，他们不会被驱赶到任何特定的供应商或被迫创建变通办法来克服不兼容的问题。被支持和认证的设备，不管是哪家供应商，都必须在开箱后进行互操作。
为了避免互操作性问题，OPC基金会为其800多个成员制定了一个认证和符合性计划，以证明一个设备符合OPC规范，并且它也有足够的质量在实际操作中可靠地执行。它保证经过认证的设备符合下面列出的符合性要求，从而最大限度地减少用户在集成时的问题，并实现顺利连接。认证的测试必须在OPC测试实验室进行，设备必须满足以下条件：
● 符合OPC规范
● 与其他供应商的OPC产品无问题的互操作性
● 稳健性和可靠性-足以从常见的通信异常中恢复过来
● 符合广泛接受的最佳实践的一般功能
● 有效和高效的资源管理（例如，CPU、内存、可用的磁盘空间）。
当一个设备通过了这一系列的测试，其制造商可以认证它在OPC UA网络中使用。
信 息 模 型
支持多厂商互操作性的一个关键因素是OPC UA对信息模型的使用（图1）。因为特定设备的信息可以按照规定的格式在有意义的块中处理，所以有可能监测来自多个供应商的设备之间的操作，而不需要复杂的工程。例如，如果不通过编程识别每块数据，就不可能处理来自机器人或离心泵的数据。
支持多厂商互操作性的一个关键因素是OPC UA对信息模型的使用（图1）。因为特定设备的信息可以按照规定的格式在有意义的块中处理，所以有可能监测来自多个供应商的设备之间的操作，而不需要复杂的工程。例如，如果不通过编程识别每块数据，就不可能处理来自机器人或离心泵的数据。
图1：OPC UA信息模型使来自各种设备的数据呈现更加一致，简化了通信。
配 套 信 息 模 型
OPC基金会有一个为特定行业和流程量身定做的信息模型的机制，称为配套信息模型。OPC基金会这样描述这些。
"新的信息模型可以在OPC UA数据模型的基础上创建，并最终从OPC UA基础信息模型衍生出来。这种信息模型的规范（"行业标准模型"，因为它们通常解决一个专门的行业问题）被称为同伴规范。OPC UA基础设施交换这种行业信息模型的协同作用在语义层面上实现了互操作性"。
例如，有主控站和分布式控制系统接口标准化（MDIS）的信息模型，它支持海底油田。还有IEC 61850，它支持自动化主机系统与电力控制的整合。也有用于多个控制系统之间通信的信息模型。创建新的同伴信息模型的指南和模板，以及已经开发的模型的规格，都公布在OPC基金会的网站上。当一个特定的行业采用这些模型时，供应商可以创建特定于这些行业的生态系统。
通 信 格 式
OPC UA支持两种通信方法：最初的客户端-服务器方法，以及最近的发布-订阅（PubSub）方法。客户端-服务器方法从OPC Classic的第一个版本开始就被使用。在这里，数据可以在两个设备建立通信后进行交换。如果有一个通信问题，可以通过重新发送传输或发出警报来减少影响。相应地，过程数据、警报和其他信息可以无损失地保存，使这些信息适合于后续分析。
相反，PubSub是一种一对多的通信方法。一个发布者设备将其数据广播给网络上未指定数量的用户，而目标用户只获得数据的相关部分。发布者只发送，订阅者只接收，所以如果通信失败，不需要重新发送或其他行动。订阅者总是用他们收到的最新数据工作。
相反，PubSub是一种一对多的通信方法。一个发布者设备将其数据广播给网络上未指定数量的用户，而目标用户只获得数据的相关部分。发布者只发送，订阅者只接收，所以如果通信失败，不需要重新发送或其他行动。订阅者总是用他们收到的最新数据工作。
网络安全
OPC UA结合了成熟的IT安全技术，用于IT和控制设备相关的通信。OPC UA规范定义了其在设备间通信的安全概念：
● 保密性：加密
● 完整性：签名
● 可用性：拒绝服务措施
● 认证： 电子签名
● 授权： 访问权限
● 会计： 审计跟踪历史
OPC UA覆盖了从控制设备到信息和核心系统的广泛领域，它使用多种方法，因为每个目标的安全要求是不同的。这样一来，OPC UA可以灵活地响应，坚持哪种要求就是哪种要求。例如，一个特定的情况是否需要加密、签名或其他网络技术？这些都可以在设备的基础上选择，如果使用，也可以调整特定工具的强度。
协作信息服务器
Collaborative information server
到目前为止，我们专注于OPC UA本身，但现在我们将看看它如何在工厂或公司范围内使用协作信息服务器（CI服务器）实施。CI服务器被设计为支持一个环境，在这个环境中，从多个站点和工厂的各种设备、系统和装置获得的信息和数据可以很容易地集成（图2）。OPC UA是CI服务器的主要通信协议之一，它支持客户端-服务器和PubSub通信方法。它还提供了一种构建信息模型的方法。
图2：一个CI服务器必须与大量的平台和网络进行通信才能有效。OPC UA使这成为可能。
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未来发展
OPC UA是实施第四次工业革命和实现其全部潜力的一项重要技术。它在这方面已经获得了成功，因为它结合了许多方法来促进和保障不同应用和不同供应商的设备和控制器之间的数据通信。
所有数字由横河公司提供，本专题最初发表于《InTech》杂志2022年2月版。
