什么是 OPC UA？OPC实用全面介绍

1.OPC服务器

OPC 服务器是 OPC 通信的基础。它是实现OPC标准，从而对外提供标准化的OPC接口的软件。在内部，实施了用于控制制造商的专有通信协议。OPC 服务器由不同方提供。

2.OPC客户端

OPC 客户端是 OPC 服务器的逻辑对应物。OPC Server可以连接到OPC Client，读取Server提供的数据。由于 OPC 服务器实现了 OPC 标准的预定义接口，每个客户端都可以访问任何 OPC 服务器并以相同的方式与服务器交换数据。

市面上有很多免费的OPC测试客户端，可以非常简单明了的测试服务器的功能和配置。可以在很短的时间内搜索、连接现有数据点并查看当前值。
在操作使用中，通过独立应用程序测试数据源“OPC”的功能非常重要，从而将其从更高级别的应用程序中抽象出来。一个流行的测试客户端是 来自 Unified Automation 的 Test-Client。

3. OPC 经典与 OPC UA

OPC规范的现行标准是OPC UA（OPC Unified Architecture）。它是旧 OPC 标准的继承者，称为 OPC Classic。直到今天，许多 OPC 服务器的安装都是经典 OPC 服务器。旧标准已经非常成功地解决了实现独立于制造商的自动化数据交换任务，并定义了基本接口。OPC Classic 的缺点是缺乏平台独立性。OPC Classic 基于 Microsoft 技术 COM 和 DCOM  ，因此 OPC Server 和 OPC Client 安装仅限于 Microsoft Windows 操作系统和网络。随着其他平台（Linux、Web 架构、云、物联网设备、CPS 等）的日益成功，OPC 的分布受到限制。
这OPC 基金会认识到了这一点，并创建了 OPC UA 的继任者。OPC UA 将平台独立性和互操作性作为其主要目标。从技术上讲，该标准建立在基本网络技术（TCP/IP、http/SOAP）的基础上。数据交换的基本概念被进一步的概念所采用、组合和补充（见 规范。

4.OPC UA发布/订阅

OPC UA Pub/Sub中的通信参与者分为Publisher和Subscriber。设备和软件可以通过 Broker 相互通信，而不必依赖客户端/服务器通信的一对一关系。因此，可以加速系统内的通信并且可以节省处理器容量。 

5.OPC基金会

OPC 基金会是该  标准背后的组织，拥有 678 名成员，拥有非常广泛的基础。其成员包括自动化行业的全球参与者。例如：西门子、霍尼韦尔、微软、倍福、SAP、横河电机、ABB、罗克韦尔、施耐德电气、万可、Iconics。基金会的所有成员都可以在 OPC 基金会成员列表中找到。该协会成立于 1994 年，并于 1996 年发布了第一版 OPC。从那时起，它一直非常成功地积极致力于 OPC 标准的进一步发展和传播

6.OPC规范

标准 OPC UA 由单独的规范组成。每个规范都描述了一个部分功能，并指定必须为此功能实现哪些服务器和客户端接口才能支持它。OPC 服务器和客户端不必支持所有规范。根据应用，通常只对个别规格进行编程。因此，在使用 OPC 服务器和客户端时，重要的是要考虑需要哪些规范以及服务器和客户端实现哪些规范。

OPC UA 包含以下规范：

1. 概念
2. 安全模型
3. 地址空间模型
4. 服务
5. 信息模型
6. 映射
7. 配置文件
8. 数据访问
9. 警报和条件
10. 程序
11. 历史访问
12. 发现
13. 聚合
14. PubSub

对于操作使用，没有必要详细了解规格。对于项目业务最重要的是：

数据访问

数据访问规范描述了当前数据的经典交换。OPC Classic 标准已经指定数据交换是面向数据点的。可以为每个数据点读取和写入一个值。数据点值由实际值、值是当前值的时间戳和质量来描述，质量描述值是否有效，或者，例如，与控制器的连接是否中断，因此该值是无效。仅此规范就可以独立于底层系统获取和处理数据。
在当前标准中，已经扩展了复杂数据类型（结构）和函数的可能性，以满足新的要求。

历史访问

使用历史访问规范，不仅可以读取当前值的数据，还可以查询历史值。实现此规范的 OPC 服务器必须具有内部数据存储器，以便为可能的历史访问提供数据点值。通过 Historical Access 读取历史数据点的客户端除了数据点信息外，还会将所需的时间跨度传输到服务器。

警报和条件

警报和条件规范定义了警报消息和警报逻辑的标准化模型，作为 OPC UA 的一部分。对于 OPC 客户端应用程序，这简化了从数据点值生成警报的任务，因为逻辑可以由 OPC 服务器实现，而不是由客户端软件的制造商实现。

7. 配套规范

Companion Specifications是行业组织在OPC UA标准模型的基础上建立的信息模型。它们为行业特定的应用程序和对象定义定义的数据点结构。例如注塑机 (Euromap 77)、机床/CNC (umati)、机器人、RFID 和自动识别系统 (AutoID) 等的模型。OPC 基金会在其网站上列出了已经采用的配套规范。目前还有更多的工作组正在开发中并即将被采纳。

OPC UA 标准化了与机器和系统的简单数据交换，配套规范还标准化了类似机器和系统的数据模型，其中指定了要交换的数据。根据工业 4.0 理念，这将显着简化网络，因为来自不同制造商的机器提供和接收相同的数据结构。

8. OPC UA 中的安全性

在 OPC UA 标准的开发过程中，从一开始就考虑了最高程度的安全性。与 OPC Classic 不同，OPC UA 是“防火墙友好型”开发的，即它可以通过标准网络技术进行控制和引导。
传输层上已经提供了几种协议。因此，二进制协议可以直接在 TCP/IP 上用于快速应用程序或带有 HTTPS 的跨平台 SOAP。
128 或 256 位加密用于在传输过程中保护数据，以及消息签名、数据包排序和用户身份验证。
OPC UA 使用证书交换来进一步提高安全性，因此每个客户端都必须使用证书进行身份验证。通过这种方式，可以控制允许哪个客户端连接到服务器。
BSI 调查了 OPC UA 的安全性， 没有发现系统性安全漏洞。

9.隧道

隧道是指将 OPC 数据从一个网段传输到另一个网段。该术语起源于 OPC Classic 时代，因为由于使用了 DCOM 技术，通过 OPC Classic 进行跨网络通信非常困难或几乎不可能。一些软件制造商为此创建了一个解决方案，封装数据流量并将其转换为简单的 TCP/IP，以便数据流量可以通过防火墙。在目标网络中，数据流量再次解包并在 OPC Classic 服务器中可用。
使用 OPC UA 技术，不再需要隧道。如果只安装了一个 OPC Classic 服务器，但要跨网络进行通信，则需要 OPC 包装器。为此，使用 OPC UA 服务器，例如KEPServerEX，作为客户端从 OPC Classic 服务器获取数据，并通过 OPC UA 防火墙友好地提供此数据。

10. 基于 TSN 的 OPC UA

OPC UA over TSN 专为控制系统之间现场级的实时通信而设计。TSN 代表时间敏感网络，描述了具有确定性响应时间的机器网络的要求。与 OPC UA 的客户端-服务器操作不同，TSN 上的 OPC UA 根据发布者-订阅者方法进行通信。对于在正常的基于以太网的非实时环境中使用 OPC UA，OPC UA over TSN 目前没有任何作用

11. 基于 MQTT 的 OPC UA 发布/订阅

Pub/Sub的原理不仅被OPC UA Pub/Sub Plug-in使用，通用的消息协议MQTT也使用了它。这两个插件都可以使 OPC Router作为发布者和订阅者运行。但是，OPC UA Pub/Sub 插件与 MQTT 插件的不同之处在于 OPC UA 数据的结构已经在 OPC UA Pub/Sub 插件中可用。这允许 OPC Router将 OPC UA 数据发布到其他设备或系统以供进一步处理，或者从其他设备或系统订阅 OPC UA 数据。通过 MQTT 实现 OPC UA 数据会困难得多，因为 MQTT 中的大部分消息内容都是用 XML 或 JSON 描述的。  

12.OPC XML

OPC XML 规范是 OPC 基金会首次尝试实现平台独立性并打破与 Microsoft 技术的联系。当时出现的 XML 格式与 Web 技术结合使用。2003 年，OPC XML 规范发布。然而，三年后的 2006 年，OPC UA 的第一个版本已经面世，OPC XML 已经过时。

13.DCOM

微软技术DCOM是COM技术的网络版本。COM全称Component Object Model，是微软操作系统后台的面向对象技术。它用于让不同的应用程序智能地协同工作。由于它是 OPC 标准制定时的领先技术，因此被用作基础。OPC Classic 服务器是一个 COM 组件，由客户端连接。如果 OPC Classic 服务器通过网络连接，则必须使用分布式 COM (DCOM) 协议，该协议深深植根于 Windows 操作系统中。DCOM 具有复杂的验证逻辑，并使用多个动态的 TCP/IP 连接，使其无法被防火墙控制并被断然阻止。因此，在实践中，通常不会建立 DCOM 连接。

14. 平台独立性和互操作性

OPC UA 通过 TCP/IP 和网络通信协议变得完全独立于平台。可以通过这些协议寻址 OPC 服务器，使其数据在网络中可用。OPC 服务器是在 Windows 操作系统、Linux、UNIX 还是 Mac 上运行都无关紧要。即使是完全拥有 TCP/IP 堆栈的平台也可以实现 OPC 服务器。因此，典型的嵌入式系统、设备和控件可以充当服务器。平台独立性的目标已经实现，并导致 OPC UA 的快速分发。互操作性是基础设施与网络中各种 OPC UA 参与者的逻辑结果。

15. OPC UA 和工业 4.0

2011 年， 工业 4.0 一词首次在工作组中使用。OPC UA 早已被定义为标准。然而，OPC UA 是工业 4.0 的领先通信协议之一。工厂智能联网需要通用语言。这正是 OPC UA 提供的，因此是实施工业 4.0 的重要工具。