OPC UA - 第四次工业革命的先驱 __第四次工业革命

OPC UA - 第四次工业革命的先驱

2015/11/5 11:23:39

挑战

为了保持现代工业国家的竞争能力，需要应对一系列挑战：通过更有效地利用能源和资源不断提升效率缩短产品周期、通过更快地以高度创新的周期生产出更复杂的产品缩短市场投放时间，以及通过个性化批量生产提高灵活性。

前景

第四次工业革命（工业4.0）受先进的信息通讯技术（ICT）的驱动，在工业自动化领域中的应用变得越来越普遍。数字化分布式智能系统的真实或虚拟的物理硬件或软件系统都融合到信息物理系统（CPS）中。这些信息物理系统联网并形成很多“智能”对象，也就组成了“智慧工厂”。随着处理性能和通讯能力的不断提高，生产单元可以自行组织并处理具体事宜，它们拥有所需信息并可以独立获取信息。系统间会进行联网并可独立运行，它们具有自整定和自优化且可扩展（即插即生产）属性，无需人工干预。可以实时跟踪设备在整个生产过程、使用周期和价值创造过程中的状态。这类“智能”产品通过物联网彼此互联，并通过自学习能力来处理外部或内部事件。

要求

成功实现工业4.0的目标需要付出相当大的努力。为了降低复杂性，需要全面的模块化、大范围的标准化以及统一的数字化。这些需求并不新，也不是革命性的，而是技术持续发展的结果。这一演变是很久前就已经开始且持续发展的过程。下面列出的这些已有的解决方案是工业4.0的基础。

工业4.0要求 - OPC UA解决方案

工业4.0要求	OPC UA解决方案
独立于制造商、行业领域、操作系统、编程语言的通讯技术	OPC基金会是一个独立于供应商的非盈利性组织。会员可以使用OPC UA技术或开发OPC UA产品。OPC广泛应用于自动化领域，但在技术上独立于行业领域。OPC UA可在任何操作系统上运行，甚至可以基于芯片级而无需操作系统。OPC UA可使用任何编程语言，如Ansi C/C++、.NET和Java等语言。
可集成到最小的传感器、嵌入式设备和PLC控制器、PC、智能手机、大型主机和云应用程序中。贯穿于整个水平和垂直的通讯层。	OPC UA从15kB大小（Fraunhofer Lemgo）扩展到采用各种CPU架构（Intel、ARM、PPC等等)的单核和多核硬件。OPC UA适用于嵌入式现场设备（如RFID阅读器、协议转换器等）以及几乎所有控制器和SCADA/HMI产品以及MES/ERP系统中。这些项目已经在亚马逊云和微软Azure云中成功实施。
用户和应用级别的安全传输和权限	OPC UA采用X.509证书、Kerberos协议或用户/密码进行身份验证。系统提供了数字签名和加密传输以及级别验证。
SOA，通过诸如TCP/IP等成熟标准进行传输，以交换实时数据和历史数据、命令和事件（事件/回调)	OPC UA独立于传输协议。目前，有两种协议可供选择：基于TCP协议采用二进制流模式，适合于高性能的应用、基于HTTP/HTTPS Web服务并采用二进制或xml编码的应用。采用发布/订阅通讯模型，确保数据传输的一致性。除了实时数据之外，OPC UA也对历史数据以及集合进行了标准化，此外，也可以采用复杂的参数调用，而且报警和事件触发也可以基于令牌机制进行传输。
对象属性与仿真模型采用内存映射进行数据交互，仿真模型用来模拟实际产品及其生产步骤。	OPC UA网络采用面向对象（分级网络和网状网络）的概念，包括元数据和对象描述。可以通过相互调用实例和一个可以通过继承扩展模式集成对象模型。由于服务器加载它们的实例和类型系统，客户端可以通过这一网络索引，来获取它们所需的所有信息，甚至是它们之前不认识的类型。这对即插即生产的功能来说是个基本要求，无需提前配置设备。
用于即插即生产的功能定义数据访问接口提供了自动参与到智能网络所具备的各种服务功能	OPC UA定义了不同的“发现”机制，在一个网络内识别和通知具有OPC UA能力的设备及其功能。OPC UA访问者可以放在本地（在相同的主机上）、子网或全球网络（企业内）中。贯穿子网和智能、零配置程序（例如Zeroconf）用于识别网络访问者并给它们分配地址。
集成到开发环境中和语义扩展	OPC基金会已经与其它组织机构成功合作（PLCopen、BACnet、FDI、AIM等等），目前正扩大其合作活动，如MES-DACH、ISA95、MDIS（油气行业）等等。一个新的合作提议是与Automation-ML合作，旨在优化工程工具之间的互操作性。
验证是否符合定义的标准	OPC UA已经是一项IEC标准（IEC 62541），可以提供用于测试和认证一致性的工具和专业测试实验室。更多的测试活动（如Plugfest）提升了质量，确保了一致性。扩展/修改（配套标准，语义）的测试以及其它各种有关数据安全和功能安全的验证由第三方测试和认证机构实施。