OPC UA — 云端的结构化数据

OPC UA（开放平台通信统一架构）是一种工业通信协议和框架，用于工业环境中设备和机器的 OT、IT 和云集成。

OPC UA 的主要功能包括：

• 平台独立性
• 安全数据交换
• 从嵌入式设备到企业系统的可扩展性
• 适用于不同工业领域的统一信息模型

OPC UA 广泛用于工业自动化、制造、能源和其他领域，以实现不同系统和组件之间的互操作性和集成。

OPC UA 经历了几次演变，规格逐步发展：

• OPC UA 客户端/服务器定义了一种请求/响应方法，该方法有多种用例，包括读取/写入标签、调用方法和发送事件/警报
• OPC UA PubSub（第 14 部分）使用发布和订阅架构定义了一种新方法——通过 MQTT 实现一对多通信（多播）和云连接
• OPC UA 安全（第 15 部分）定义了一种通过客户端/服务器或 PubSub 交换与安全相关的机器数据的独立于供应商的方式

总之，OPC UA 客户端启动通信并请求数据或服务，而 OPC UA 服务器响应客户的请求并提供必要的信息或功能。

OPC UA 客户端：

• 客户端可以是在计算机上运行的软件应用程序、人机界面 (HMI)、监控和数据采集 (SCADA) 系统或任何其他需要访问来自 OPC UA 服务器的数据的设备或系统。

OPC UA 服务器：

• 服务器通常是拥有客户想要访问的数据或功能的设备、控制器或软件应用程序。
• 服务器通过标准化的 OPC UA 接口公开其数据和服务，允许客户端读取、写入和订阅可用信息。
• 服务器负责管理客户机连接，处理安全问题，并确保其提供的数据的完整性和可用性。

下文列出了西门子产品组合中的一些示例：

• Siemens SIMATIC 控制器（S7-1200、S7-1500）可以充当 OPC UA 服务器或客户端，提供对其过程数据和诊断的访问权限。
• Siemens SIMATIC HMI 设备（例如 Unified Comfort Panels、Mobile Panels）可以配置为 OPC UA 服务器或客户机。
• Siemens SINAMICS 变频器和 SIMOTION 运动控制器也可以设置为 OPC UA 服务器。
• Siemens SCADA 系统，例如 SIMATIC WinCC 或 OA，提供 OPC UA 服务器或客户机功能。
• 西门子工程软件，例如TIA Portal，可以利用OPC UA客户机功能来集成来自各种OPC UA服务器的数据。
• 免费的 Siemens OPC UA 建模编辑器 (SioME) 工具可帮助您创建自己的 OPC UA 信息模型或映射现有的配套规范。

此外，西门子还提供特定的OPC UA产品，例如SIMATIC NET OPC UA服务器，它提供独立的OPC UA服务器解决方案，用于将传统设备和系统集成到基于OPC UA的现代架构中。

OPC UA FX 是 OPC UA（开放平台通信统一架构）框架内的专业通信配置文件，专为满足现代工业控制系统中的复杂通信要求和自动化组件而设计。

主要进展：

• 概念化始于 2018 年
• 官方 OPC UA FX 控制器到控制器 (C2C) 标准于 2022 年正式发布

技术架构：

OPC UA FX 控制器到控制器 (C2C) 标准集成了多种先进的 OPC UA 技术，以实现自动化控制器 (PLC) 之间的无缝互连。

• 服务器/客户机功能为结构化数据提供了信息模型以及工程和配置界面
• PubSub 通信允许通过 UDP 在多个合作伙伴之间进行高效、实时的通信（一对多通信）
• 指定离线文件格式以独立于供应商的方式集成到工程软件中

核心目标：

• 标准化工业控制器之间的通信协议
• 增强不同自动化平台之间的互操作性
• 提高复杂工业网络中的数据交换效率和可靠性

潜在应用：

• 制造自动化
• Process control systems
• 工业物联网（物联网）的实施
• 智能工厂中的机器间通信

总体而言，OPC UA FX的当前状态可以说是一项正在进行的工作。尽管规格已经成熟，业界也在积极参与，但支持OPC UA FX的产品的广泛采用和实施仍处于初期阶段。

规格开发：

• 控制器与控制器 (C2C) 通信的标准化已完成
• OPC UA FX 规范的最新版本是 1.00.02，该规范于 2024 年发布。
• 负责OPC UA标准的组织OPC基金会正在积极制定和完善OPC UA FX规范。

采用和实施：

• 自动化供应商对OPC UA FX的采用和实施仍处于初期阶段。
• 尽管一些主要的自动化公司，例如西门子，已表示支持OPC UA FX，但目前支持OPC UA FX的产品的供应有限。

行业认可度和认知度：

• 工业自动化界对OPC UA FX的认识和理解正在逐渐提高。
• 但是，随着行业从专有通信协议过渡到独立于供应商的OPC UA解决方案，OPC UA FX的广泛采用和接受仍在进行中。

Ecosystem 开发：

• OPC基金会及其成员公司正在积极努力围绕OPC UA FX建立一个生态系统。
• 这包括开发工具、指南和资源，以支持基于OPC UA FX的系统的实施和集成，以及外汇产品的认证计划。

Siemens 是 OPC UA 和 OPC UA FX 的支持者， 是最初的公司之一 FLC（现场级通信）计划的一部分，该计划规定了OPC UA FX标准。

Siemens 与其他供应商一起参加了一场概念验证大会，以展示控制器到控制器 (C2C) 概念的可用性和可行性。可以找到关于这个工作组/plugfest 的见解 这里。

PROFINET 仍然是西门子的主要解决方案，为工业网络提供业界公认的强大通信性能，直至现场级 IO。

西门子仍然对控制器到设备（C2D）项目持开放态度，该项目直到最近才进入概念阶段，需要更多时间来详细说明和验证工作原型。C2D 在西门子产品中的实施将取决于市场发展和技术成熟度。

TSN:

TSN 代表时间敏感型网络。它是一组用于在以太网网络中传输数据的各种标准。这些标准目前由标准化组织为基于以太网的通信 IEEE 802.1 定义。

TSN 还包含一系列独立标准，这些标准主要扩展了通信系统的数据链路层（ISO-OSI 模型的第 2 层）。因此，TSN 不是一个完整的通信协议，而是一种可以由更高级别的应用程序使用的基本技术。

OPC UA FX:

当前控制器与控制器 (C2C) 通信的 OPC UA FX 规范依赖于用户数据报协议 (UDP) 通过网络传输数据包。

因此，OPC UA FX 可以与当今的标准以太网网络安装一起使用，以实现高性能的数据交换。

但是，随着工厂自动化领域TSN的扩展，所有适用于C2C的OPC UA FX应用程序都将能够使用TSN硬件，并受益于TSN网络的TSN机制和优势：

• 服务质量 (QoS)，包括带宽预留
• 同步
• 低延迟
• 无缝冗余

OPC UA 是工业互操作性标准，为行业带来了许多好处，例如：

• 平台独立性——从嵌入式微控制器到基于云的基础架构
• 集成安全 — 加密、身份验证和监控
• 全面的信息建模 — 复杂信息的定义（例如 PackML 等配套规格）
• 功能安全 — 基于成熟的 ProfiSafe 机制

是的，因为OPC UA在控制级别的垂直通信和机器网络方面具有优势，而PROFINET可以满足该领域的所有要求。这就是西门子战略保持不变的原因：

• 控制级别及以上 = OPC UA，也可以使用 Safety
• 字段级别 = PROFINET