在制造过程和工厂中,跨不同网络使用多种工业以太网协议(例如EtherNet / IP,PROFINET或EtherCAT),以满足特定的拓扑要求,通信速度或延迟保证。而且,尽管这些通信协议是开放的,但它们通常不兼容,导致了无法相互“通话”的分散网络。
OPC UA(开放平台通信统一体系结构)旨在通过允许使用不同协议并在不同平台(例如Windows,Mac或Linux)上运行的工业设备相互通信来解决此问题。而且,OPC UA超越了工业以太网的范围,包括从自动化金字塔最低层开始的设备 - 处理诸如传感器,执行器和电机等现实世界数据的现场设备 -一直到最高层,包括例如SCADA(监控和数据采集),MES(制造执行系统)和ERP(企业资源计划)系统,以及云计算。
OPC标准是由OPC Foundation管理的一系列规范,用于定义客户端与服务器或服务器与服务器之间的接口,包括访问实时数据,监视警报和事件,访问历史数据以及其他应用程序。原始的OPC标准(现在称为OPC经典)仅限于Microsoft Windows操作系统。随着OPC UA的引入,该技术变得与平台无关。
OPC UA允许来自不同供应商和不同平台的网络进行通信的能力的关键在于其数据建模方法。OPC UA不仅保留原始数据本身(例如值“ 15”),还保留其上下文以及数据周围的任何限制或参数(例如“摄氏度”)。通过标准化的语义描述,任何启用OPC UA的设备都可以定位和使用所需的数据。OPC UA中最重要的四个数据模型是数据访问(DA),警报和条件(AC),历史访问(HA)和程序(Prog)。这些基础模型也可以用作其他特定于应用程序或过程的数据模型的基础。
OPC最初是通过客户端-服务器通信模型引入的,但是在2018年,发布-订阅(aka PubSub)扩展可用。客户端-服务器版本处理点对点通信,并且基于TCP / IP,因此不具备实时功能。PubSub版本处理一对多通信(一个发布者可以访问任意数量的订户),并且可以通过对时间敏感的网络来实现,从而允许OPC UA提供硬实时通信-具有周期时间,延迟和抖动规范与确定性工业以太网协议相抗衡。
这就引出了一个问题:OPC UA会取代工业以太网吗?
虽然带有TSN的OPC UA与确定性实时工业以太网协议之间显然存在重叠,但是OPC UA在不久的将来似乎无法取代工业以太网。原因之一是因为这两种技术专注于不同的结果。即使通过TSN启用实时通信,OPC UA的优势也在于它允许不同的网络进行通信,尤其是在工厂和企业级别。另一方面,工业以太网主要用于现场设备和控制器之间的通信。两者可以并且很可能会长期共存。
但是,随着工业4.0和工业物联网(IIoT)的实施变得越来越普遍,带有TSN的OPC UA可能会开始取代那些应用中的工业以太网。
实际上, Microsoft(OPC基金会的长期合作伙伴)声称,OPC UA被“广泛认可为Industry 4.0的关键通信和数据建模技术。” 工业4.0和IIoT都要求水平(机器对机器)和垂直(现场设备到工厂级和企业级系统)的工业网络都必须进行集成,并且要管理大量设备,进而需要对大量设备进行管理要处理的数据量。
OPC UA支持水平和垂直集成,以及从网络的各个部分(从现场到企业)的设备和数据的通信和管理。而且,它是在具有安全性(管理访问,身份验证,消息签名,加密和日志记录的方法)的内置于平台和供应商无关的解决方案中实现的。