OPC UA使IIoT的實施成為可能
2022-2-21新聞
By Isao Hirooka丨February 15, 2022丨Yokogawa
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01
OPC UA的概述
OPC UA已經成為平穩數據交換的關鍵技術。它比IIoT更早，因為它是在2008年作為標準發布的，建立在OPC Classic（DA、A&E和HDA）的成功之上。實施IIoT項目的公司正在轉向它，因為它具有安全和有效地發送和接收數據所需的四個關鍵特性：
√ OPC UA管理機構，即OPC基金會，對設備進行認證，以確保來自不同供應商的設備互連時的互操作性。
√ OPC UA使用一個信息模型來輕松發送和接收多種設備的數據。
√ 它的通信方法有效地連接了使用一系列數據要求的設備，用于各種應用。
√ 它應用了從信息技術和操作技術環境中提取的不同的成熟的網絡安全工具，以確保高水平的安全。
一個公司在考慮實施OPC UA時應該考慮什么？網絡設計者應如何將這四種能力用于工作？
測試和認證方案
終端用戶公司不會在沒有保證的情況下采用OPC UA，他們不會被驅趕到任何特定的供應商或被迫創建變通辦法來克服不兼容的問題。被支持和認證的設備，不管是哪家供應商，都必須在開箱后進行互操作。
為了避免互操作性問題，OPC基金會為其800多個成員制定了一個認證和符合性計劃，以證明一個設備符合OPC規范，并且它也有足夠的質量在實際操作中可靠地執行。它保證經過認證的設備符合下面列出的符合性要求，從而最大限度地減少用戶在集成時的問題，并實現順利連接。認證的測試必須在OPC測試實驗室進行，設備必須滿足以下條件：
● 符合OPC規范
● 與其他供應商的OPC產品無問題的互操作性
● 穩健性和可靠性-足以從常見的通信異常中恢復過來
● 符合廣泛接受的最佳實踐的一般功能
● 有效和高效的資源管理（例如，CPU、內存、可用的磁盤空間）。
當一個設備通過了這一系列的測試，其制造商可以認證它在OPC UA網絡中使用。
信 息 模 型
支持多廠商互操作性的一個關鍵因素是OPC UA對信息模型的使用（圖1）。因為特定設備的信息可以按照規定的格式在有意義的塊中處理，所以有可能監測來自多個供應商的設備之間的操作，而不需要復雜的工程。例如，如果不通過編程識別每塊數據，就不可能處理來自機器人或離心泵的數據。
支持多廠商互操作性的一個關鍵因素是OPC UA對信息模型的使用（圖1）。因為特定設備的信息可以按照規定的格式在有意義的塊中處理，所以有可能監測來自多個供應商的設備之間的操作，而不需要復雜的工程。例如，如果不通過編程識別每塊數據，就不可能處理來自機器人或離心泵的數據。
圖1：OPC UA信息模型使來自各種設備的數據呈現更加一致，簡化了通信。
配 套 信 息 模 型
OPC基金會有一個為特定行業和流程量身定做的信息模型的機制，稱為配套信息模型。OPC基金會這樣描述這些。
"新的信息模型可以在OPC UA數據模型的基礎上創建，并最終從OPC UA基礎信息模型衍生出來。這種信息模型的規范（"行業標準模型"，因為它們通常解決一個專門的行業問題）被稱為同伴規范。OPC UA基礎設施交換這種行業信息模型的協同作用在語義層面上實現了互操作性"。
例如，有主控站和分布式控制系統接口標準化（MDIS）的信息模型，它支持海底油田。還有IEC 61850，它支持自動化主機系統與電力控制的整合。也有用于多個控制系統之間通信的信息模型。創建新的同伴信息模型的指南和模板，以及已經開發的模型的規格，都公布在OPC基金會的網站上。當一個特定的行業采用這些模型時，供應商可以創建特定于這些行業的生態系統。
通 信 格 式
OPC UA支持兩種通信方法：最初的客戶端-服務器方法，以及最近的發布-訂閱（PubSub）方法。客戶端-服務器方法從OPC Classic的第一個版本開始就被使用。在這里，數據可以在兩個設備建立通信后進行交換。如果有一個通信問題，可以通過重新發送傳輸或發出警報來減少影響。相應地，過程數據、警報和其他信息可以無損失地保存，使這些信息適合于后續分析。
相反，PubSub是一種一對多的通信方法。一個發布者設備將其數據廣播給網絡上未指定數量的用戶，而目標用戶只獲得數據的相關部分。發布者只發送，訂閱者只接收，所以如果通信失敗，不需要重新發送或其他行動。訂閱者總是用他們收到的最新數據工作。
相反，PubSub是一種一對多的通信方法。一個發布者設備將其數據廣播給網絡上未指定數量的用戶，而目標用戶只獲得數據的相關部分。發布者只發送，訂閱者只接收，所以如果通信失敗，不需要重新發送或其他行動。訂閱者總是用他們收到的最新數據工作。
網絡安全
OPC UA結合了成熟的IT安全技術，用于IT和控制設備相關的通信。OPC UA規范定義了其在設備間通信的安全概念：
● 保密性：加密
● 完整性：簽名
● 可用性：拒絕服務措施
● 認證： 電子簽名
● 授權： 訪問權限
● 會計： 審計跟蹤歷史
OPC UA覆蓋了從控制設備到信息和核心系統的廣泛領域，它使用多種方法，因為每個目標的安全要求是不同的。這樣一來，OPC UA可以靈活地響應，堅持哪種要求就是哪種要求。例如，一個特定的情況是否需要加密、簽名或其他網絡技術？這些都可以在設備的基礎上選擇，如果使用，也可以調整特定工具的強度。
協作信息服務器
Collaborative information server
到目前為止，我們專注于OPC UA本身，但現在我們將看看它如何在工廠或公司范圍內使用協作信息服務器（CI服務器）實施。CI服務器被設計為支持一個環境，在這個環境中，從多個站點和工廠的各種設備、系統和裝置獲得的信息和數據可以很容易地集成（圖2）。OPC UA是CI服務器的主要通信協議之一，它支持客戶端-服務器和PubSub通信方法。它還提供了一種構建信息模型的方法。
圖2：一個CI服務器必須與大量的平臺和網絡進行通信才能有效。OPC UA使這成為可能。
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未來發展
OPC UA是實施第四次工業革命和實現其全部潛力的一項重要技術。它在這方面已經獲得了成功，因為它結合了許多方法來促進和保障不同應用和不同供應商的設備和控制器之間的數據通信。
所有數字由橫河公司提供，本專題最初發表于《InTech》雜志2022年2月版。
