面向自動(dòng)化的未來(lái),在IIoT物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能工廠(chǎng)的構(gòu)建中,連接性扮演著核心角色。在大型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接并交換數(shù)據(jù)。在這樣的智能網(wǎng)絡(luò)中,設(shè)備不僅需要具備IIoT的能力,還需要滿(mǎn)足一系列關(guān)鍵要求:標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展性、與IT和OT系統(tǒng)的兼容性,以及互操作性。
倍加福致力于提供先進(jìn)的通信解決方案,支持基于TCP的通信協(xié)議——MQTT、OPC UA、AMQP和REST API,助力智能通信,確保數(shù)據(jù)能夠安全、高效地傳輸至云端。在本期內(nèi)容中,我們將帶您深入了解OPC UA,探討它如何在多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
什么是OPC UA?
它如何工作?
OPC統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)以其獨(dú)立于平臺(tái)、面向服務(wù)的特性,邁向工業(yè)通信的未來(lái)。OPC UA的誕生,旨在克服傳統(tǒng)Classic OPC的局限,特別是減少對(duì)微軟和COM/DCOM的依賴(lài)。自2008年發(fā)布并獲IEC 62541認(rèn)證以來(lái),OPC UA不僅是一種通信協(xié)議,更是一種提供完整生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)。它的靈活性確保了新技術(shù)的無(wú)縫集成,為未來(lái)的技術(shù)革新鋪平了道路。
2018年,OPC UA引入了發(fā)布/訂閱功能,標(biāo)志著從傳統(tǒng)的請(qǐng)求/響應(yīng)模式向更高效通信方式的轉(zhuǎn)變。同時(shí),隨著TSN(時(shí)效性網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)的興起,該標(biāo)準(zhǔn)支持確定性的時(shí)間行為。OPC UA的另一大亮點(diǎn)是其無(wú)需設(shè)備描述文件。每個(gè)設(shè)備都內(nèi)置了必要的信息,不依賴(lài)外部文件進(jìn)行通信、識(shí)別或數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。
OPC UA不僅僅是一項(xiàng)技術(shù),還為工業(yè)界帶來(lái)的影響體現(xiàn)在數(shù)據(jù)建模、信息模型構(gòu)建以及聯(lián)盟合作上。這些技術(shù)工作組正致力于實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)調(diào)與通信,推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的互聯(lián)互通。
OPC UA數(shù)據(jù)建模中,節(jié)點(diǎn)和引用構(gòu)成了基礎(chǔ)架構(gòu)。每個(gè)數(shù)據(jù)單元都被稱(chēng)作節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型多樣,可以是對(duì)象、變量、方法、對(duì)象類(lèi)型或數(shù)據(jù)類(lèi)型,而引用則在更高的層級(jí)上被組織成分層和非分層的群體。這些節(jié)點(diǎn)和引用都位于特定的地址范圍內(nèi),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可通過(guò)“節(jié)點(diǎn)ID”來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。這個(gè)節(jié)點(diǎn)ID指向了包含數(shù)據(jù)信息的具體地址。
OPC UA 發(fā)布/訂閱
OPC UA的發(fā)布/訂閱機(jī)制的擴(kuò)展,帶來(lái)了全新的通信模式。這一機(jī)制采用特有的消息格式——網(wǎng)絡(luò)消息,不同于傳統(tǒng)的客戶(hù)端/服務(wù)器模型,它支持MQTT、AMQP、OPC UA UDP和OPC UA Ethernet等多種通信協(xié)議。這些協(xié)議分布在TCP/IP模型的三個(gè)不同層次:網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。
典型的OPC UA 應(yīng)用
如上圖所示,我們直觀地比較了“請(qǐng)求/響應(yīng)”與“發(fā)布/訂閱”這兩種通信機(jī)制。OPC UA應(yīng)用包括有一個(gè)OPC UA服務(wù)器和一個(gè)MQTT客戶(hù)端,它們通過(guò)兩條并行的TCP連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。一條連接負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)推送至MQTT代理,而另一條則用于接收來(lái)自O(shè)PC UA客戶(hù)端的請(qǐng)求。無(wú)法避免應(yīng)用與其并行通信。該應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)只需要兩個(gè) TCP 連接。優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)只存儲(chǔ)一次,缺點(diǎn)是需要在兩個(gè)獨(dú)立的通道上傳輸。
OPC UA 實(shí)時(shí)性如何?
隨著OPC UA擴(kuò)展到發(fā)布/訂閱領(lǐng)域,它在實(shí)時(shí)通信方面展現(xiàn)出了潛在的競(jìng)爭(zhēng)力。然而,相較于專(zhuān)為追求低延遲和高吞吐量?jī)?yōu)化的MQTT和AMQP,OPC UA傳統(tǒng)的請(qǐng)求/響應(yīng)模式在速度上仍有一定的挑戰(zhàn)。
OPC UA 安全性如何?
OPC UA的WS安全對(duì)話(huà)遵循了Web服務(wù)安全規(guī)范,特別為T(mén)CP二進(jìn)制路徑設(shè)計(jì)了一種名為UA安全對(duì)話(huà)的二進(jìn)制格式。這一設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了通信的安全性,還通過(guò)提供多種安全機(jī)制,如用戶(hù)名和密碼驗(yàn)證、X.509證書(shū)以及簽發(fā)的令牌,進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)保護(hù)。此外,OPC UA還具備消息審計(jì)功能,這一功能能夠記錄客戶(hù)端所做的更改,包括數(shù)據(jù)更新的值和時(shí)間。
OPC UA 適用于
哪些應(yīng)用場(chǎng)景?
OPC UA在多種應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)了其強(qiáng)大的適用性:它能夠標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化共享數(shù)據(jù),使得設(shè)備能夠基于統(tǒng)一的信息模型輕松互換;同時(shí),它也支持事件、警報(bào)和歷史數(shù)據(jù)的高效管理。OPC UA還擅長(zhǎng)處理請(qǐng)求/響應(yīng)與發(fā)布/訂閱通信的混合模式。
OPC UA 已被廣泛應(yīng)用于全球數(shù)百萬(wàn)的機(jī)器和工廠(chǎng)之中,無(wú)論是物流、汽車(chē)還是化工行業(yè),OPC UA 已成為了推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化和智能制造發(fā)展的重要力量。
關(guān)于倍加福
倍加福–未來(lái)自動(dòng)化的驅(qū)動(dòng)者和創(chuàng)新者
倍加福以德國(guó)曼海姆為公司總部,憑借其持續(xù)不斷的對(duì)創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā),向全球工廠(chǎng)自動(dòng)化和過(guò)程行業(yè)的客戶(hù)提供豐富而多樣的產(chǎn)品,致力于自動(dòng)化行業(yè)的傳統(tǒng)應(yīng)用和面向未來(lái)的應(yīng)用。同時(shí),倍加福不斷推動(dòng)前瞻性技術(shù)的開(kāi)發(fā),為客戶(hù)迎接即將來(lái)臨的工業(yè) 4.0 的挑戰(zhàn)鋪平了道路。
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原文標(biāo)題:解鎖IIoT潛力,詳解OPC UA通信協(xié)議
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OPC UA數(shù)采網(wǎng)關(guān)具備哪些功能

GraniStudio:OPC UA 協(xié)議深度剖析

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