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OPC UA协议

OPC UA是OPC Unified Architecture的简称，是OPC基金会基于原有OPC协议的基础上推出的新的标准。OPC UA协议从名称中就可以看出是为了应对跨平台的趋势，能够达到只使用一个地址空间就能访问所有的对象，不受平台系统的限制。

起初，OPC是在微软Windows的OLE技术基础上，使用COM/DCOM（分布式组件对象模型）在软件组件之间交换数据，OPC是OLE for Process Control的缩写（用于过程控制的OLE）。经典的OPC标准有OPC DA（数据采集）、OPC Alarms&Events（报警和事件）、OPC HDA（历史数据）。

而随着工业的发展，人们对OPC技术的需求更加越来越高，对数据交互，安全性等要求的前提下，2008年发布的OPC统一架构（UA）将各个经典OPC规范的所有功能集成到一个可扩展的框架中，独立于平台并且面向服务。

官网：https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/

设计目标

1. 功能对等：集成了之前所有的OPC协议的特性和信息，比如A&E,DA,OPC XML DA和HDA
2. 平台无关：更加开放，平台无关性，Windows和Linux都能兼容
3. 安全性：在协议和应用层集成了安全功能，更加安全
4. 拓展性：拓展了对象类型，支持更复杂的数据类型比如变量，方法和事件
5. 良好的信息模型：支持定义复杂的模型

功能对等

OPC UA支持原有的OPC协议的功能，并且进行了延伸和拓展。

• Discovery：查询本地网络或电脑上的OPC Server
• Address space：所有的数据都是按照层次结构表示（例如files和folders），从而OPC Clients可以使用简单或者复杂的数据。
• On-demand：数据的读取和写入都需要访问权限
• Subscriptions：根据Clients的规则来进行数据的监控和异常的报警
• Events：根绝Clients的规则来通知重要的信息
• Methods：Clients可以运行程序或者脚本

平台无关

OPC UA支持各种硬件和软件平台：

• 硬件：电脑，主机，服务器，PLC，ARM等
• 操作系统：Windows，Apple OSX，Android，Linux等

安全性

OPC UA在安全性方面做了很多工作：

• 传输：提供了很多可选配置，比如超快速OPC二进制传输和基于Websocket的JSON
• 会话加密：各种加密级别的消息传输
• 信息签名：通过信息签名，接收者可以验证信息的来源和完整性
• 顺序数据包：可以有效防止重播攻击
• 权限认证：每个UA客户端和服务器都通过X509证书进行标识，从而可以控制允许哪些应用程序和系统相互连接
• 允许用户控制：应用程序可以要求用户进行身份验证，可以限制或增强其权限或者地址空间访问
• 审核：记录用户或系统的活动，来跟踪审核访问的记录

拓展性

OPC UA在设计上采用了多层架构，保证了对未来协议和技术的兼容性，同时保持对已有设备的一致性兼容。

良好的信息模型

OPC UA在信息模型上采用面向对象的设计，使得即使是最复杂的多层结构也能很好的建模和拓展。

从架构图中我们可以看到，OPC UA定义了拓展接口和基本的模型，其他人可以通过拓展这些来实现自己的模型。

OPC UA同时也定义了信息模型的访问机制：

• 浏览本地实例对象的机制
• 对当前数据和历史数据的读写方式
• 可执行的方法
• 数据和实践的通知机制

同时提供了两种通信方式：Client-Server和Pub-Sub。其中Client-Server每条信息都是针对单个客户端，而Pub-Sub测试多对多的方式。

角色与意义

OPC UA扮演的角色主要基于下面的问题，在IEC关于互联技术报告中提到互联、互通、语义互操作多个层面的问题（图4中的不兼容、共存不考虑，互换目前无法做到），而OPC UA主要解决在语义互操作的问题上。

使用原因

尽管OPC UA有非常多的使用原因，包括非盈利组织、IEC标准、安全性，但是，对于智能制造而言，多个设备之间的协同（M2M）以及业务管理系统与产线的协同（B2M）、业务单元间的数据（B2B）都需要OPC UA的协同。

常见问题

1. OPC UA属于哪一层的协议？

   应用层

2. 和OPC UA并列的还有哪些工业物联网协议？

   CANOpen,Profinet,Modbus

参考文章

• OPC-UA技术在SCADA上的应用

• 【对话老宋】深入浅出OPC UA经典十五问