工业4.0技术路线图 - OPC UA（下）

PC UA架构简介

PC UA是一个Client/Server架构的实时数据库框架，UA Server负责管理自身的数据与处理逻辑，并通过OPC UA通讯协议对UA Client程序提供相应的数据与服务。

UA Server是基于OPC UA 服务器框架(UA Server SDK) 二次开发而生成的服务端程序，该程序即可以是CPS体系中的CPS设备： PLC, RFID Reader或传感器，也可以是物联网体系中的应用平台：MES，SCADA，EMS, WMS等。

UA Client负责与UA Server进行通讯，并访问UA Server中的数据与服务。由UAClient 开发的程序可以是界面应用（HMI、报表和报警中心），企业管理与决策平台（ERP和大数据平台），物联网系统（与CPS设备进行通讯的MES或SCADA）或是CPS设备（与RFID Reader进行协同的PLC）。

OPC UA Server三层结构 - 数据层，服务层与通讯层

OPC UA的数据层又称地址空间（Address Space），它是由一系列拥有具体含义的内存数据与持久数据所组成的数据集合。地址空间采用面向对象的思想进行设计，由于其数据组织方式灵活自由，因此能够对工业现场数据，业务数据，历史数据，事件，报警，事务和信息模型进行统一管理与描述。

OPC UA服务层介于数据层与通讯层之间，负责处理指定的交互任务。

OPC UA的通讯层又称UA 协议栈(UA Stack)，其特点如下：

√    安全通道：负责对UA Client与UA Server的通讯数据进行加密与解密；

√    多种传输格式：支持二进制和 HTTP 数据传输，其中采用 HTTP 格式的数据具有防火墙友好的特性；

√    多传输方式：目前支持TCP通讯，将来会支持UDP通讯。

如何使用OPC UA

OPC UA是一项由浅入深的技术，针对不同需求的OPC UA使用者，其所需掌握的知识深度与技能的种类也有所不同。

OPC UA Server产品开发建议

开发UA Server产品是一项复杂的工程，因此笔者根据自身的开发经验，在架构层面进行了一些总结，以供参考。

嵌入式UA Server:

√    物理交互层：用于与设备的物理层进行通讯，负责将上行物理信号转换为OPC UA 格式，将下行数据转换为物理控制信号；

√    逻辑计算层：对采集数据及中间数据进行实时分析，对控制逻辑进行处理；

√    应用模型：根据现场设备特性所定义的设备模型及相应的逻辑计算模型。

物联网平台UA Server：

√    设备通讯层：与现场多个且不同种类的设备进行通讯，负责数据的采集，命令的下发，通讯链路的维护以及通讯协议的转换等；

√    业务处理层：将采集上来的信号变为简单易懂的数据；将所需执行的任务分解为具体的控制命令；将过程化的数据进行集中处理，形成有价值的业务导向信息；

√    应用模型：根据现场设备特性定义的设备模型，以及以服务为导向的业务管理模型；

√    配置管理：负责在地址空间中动态的创建设备通讯实例和业务处理实例；

√    历史管理：负责记录程序运行过程中的设备数据与业务数据，并对外提供查询服务。

OPC UA生态系统：

OPC UA应用案例

结束语

OPC UA是一项汇集了业界专家常年实践经验的产物，无论是总体的设计思想，还是具体的技术细节，都能让我们感受到OPC UA所凝聚的匠人精神。

学习OPC UA 是一个自我提升，自我修炼的过程：通过对OPC UA的学习，我们能从中汲取到宝贵的知识与经验；通过使用 OPC UA，我们能够站在巨人的肩膀上，站得更高，看的更远。

作为OPC UA忠实的粉丝，笔者希望借此文章让更多的人接触与理解OPC UA，并希望在不久的将来，国内市场上能出现更多国人自己的OPC UA产品及解决方案。