OPCUA技术的前身与层次结构

在4月的最后一周OPC基金会举办了连续5天的OPC Day在线活动。在线活动由OPC基金会和微软、施耐德、Unified Automation等全球行业专家从多个角度介绍了OPCUA的最新动态。5天介绍把OPCUA的应用范围带入了一个新高度，从能源话题到基于功能安全的研究，从Pub/Sub应用到OPCUA在现场层、数字化和资产管理。虽然涉及的范围有些是新研究方向，有些是行业最新的落地实践，但对于国内大部分企业，涉及的内容还是有些空中楼阁。

所以我们将通过接下来三期文章，重点通过OPCUA技术的进化史、OPCUA的软件架构和合适的OPCUA开发工具三个维度介绍OPCUA的现状。旨在能够为希望使用OPCUA的朋友提供从入门到进阶的知识渠道。

OPCUA技术的前身

OPCUA技术的前身是1996年发布的Classic OPC。最成功的Classic OPC标准是OPC数据访问（OPC Data Access），它被设计成通信驱动的接口。此接口允许在自动化设备上以标准化的形式读取和写入数据。主要使用对象是HMI和SCADA系统，以获取不同供应商设备统一的软件接口和数据。

随着Classic OPC的成功应用， 即成为自动化金字塔结构中不同层级之间的标准接口。但由于OPC对COM的依赖性以及使用DCOM的限制，不能将OPC用于远程访问，最终导致无法得到更广泛的使用。

因此，OPC UA（OPCUnified Architecture）诞生的目标，就是希望设计一种能够取代现有基于COM的特性同时不损失任何功能和性能的新规范。此外，它还要满足能够覆盖所有独立系统平台的需求，也包含描述复杂系统的丰富的可扩展接口和建模能力。覆盖范围可从嵌入式系统到SCADA和MES甚至DCS和ERP系统，让OPC技术的使用范围扩展到更多应用领域。

基于对新一代OPC的更多功能需求，由来自40多家组织的代表组成最初的工作组。在该工作组中，OPC基金会定义了如何描述和传输数据，而协作的其他组织根据其特定信息模型定义各自需要的描述和传输数据内容。为了达到最初定义的目标，OPC UA按照不同层次定义不同功能。

OPC UA层次结构

为了涵盖Classic OPC中已使用的所有成功的服务，在OPC UA基础服务（OPC UA Base Services）的上层为信息模型定义了对应的服务功能。DA定义了对指定过程数据的操作，例如模拟或数字量的建模以及如何发布。Alarm& Conditions（AC）定义了报警管理和状态监控功能的高级模型。Historical Access（HA）定义了访问历史数据和历史事件的机制。Programs（Prog）定义了启动、操作和监视程序执行的机制。

其他组织能够基于OPC UA信息模型层（Specifications of InformationModels of other Organisations）建立专属模型，并通过OPC UA发布他们规范化信息。例如，已经在OPC UA进行FDI标准和PLCOpen。FDI包括电子设备描述语言（EDDL）和现场设备工具（FDT），它用于描述、配置和监视设备。PLCopen是一种用于PLC的编程语言标准。除了其他组织进行的规范集成，设备制造商信息模型也可以通过使用UA基础功能、OPC模型或其他基于OPC UA的信息模型定义。

OPC UA技术在OPC技术的基础上做了大幅的改进，不仅适用于传统的过程控制的数据监控类应用，其应用范围扩展到从嵌入式的传感器到现场级控制器，到HMI/SCADA系统以及MES和ERP系统，甚至现在一些云服务商在提供工业云通讯的解决方案时也支持OPC UA。2015年，凭借具备信息模型建模和通讯加密的能力，OPC UA正式作为工业4.0参考架构模型里唯一推荐的通讯层规范。

OPC UA的发布解决了Classic OPC对于Windows COM/DCOM依赖的局限性以及其他功能上的限制。同时增强了通讯的安全机制、加强了数据建模等能力。所以，我们可以说Classic OPC被设计成设备驱动接口，而OPC UA被设计成系统接口。它不仅是一种通讯协议，更是一种系统描述方法。

审核编辑 ：李倩