OPC UA 和工业 4.0信息与数据交换的统一标准 工业 4.0 是指在企业层级对 IT 系统中的大量生产数据进行统一应用、评估和分析。借助工业4.0，生产与企业层级间的数据交换正在迅速增长。但为确保成功执行，信息与数据交换应采 用统一的标准。 标准 OPC 仅支持Windows 操作系统。为了应对这一限制条件，OPC Foundation 研发出了 OPC UA（OPC 统一架构）标准。 由于OPC UA 标准独立于特定的操作系统，并采用安全传送机制和数据语义描述，因此尤其适合于跨层级的数据交换。机器数据（受控变量，测量值或参数）也可采用这种方式传输。 这一概念比较重要的一点是允许同时进行 OPC UA通信和实时通信，从而实现对时间要求严格 的机器级数据传送。 OPC UA 具有极高的可扩展性，因此可以在传感器、控制器和 MES 或ERP 系统之间实现一致的 信息交换。 OPC UA 不仅可进行数据传递，而且还可传递与数据有关的信息（数据类型），因此可对该数据进行机器解析访问。 OPC UA 主题页 有关 OPC UA Zui重要的文章和链接概览，请访问西门子工业在线支持网站。OPC UA 主题页 OPC UA 的常规特性 OPC UA 和 PROFINET 可以同时使用 OPC UA 和PROFINET。这两种协议使用相同的网络基础设施。 独立于操作系统报警 OPC UA标准并不特定于某个平台，并且针对高性能应用使用优化的基于 TCP 的二进制协议。 OPC UA 支持诸如Window、Linux、Apple OS X、实时操作系统或移动操作系统（Android 或 iOS）。独立于特定的传输层 OPCUA 目前支持以下传输机制和协议： • 通过 TCP/IP，将消息作为二进制流直接传输 • 通过 TCP/IP 和 HTTP 采用XML 形式传送消息。由于这种传输机制仅支持慢速传输，因此极 少使用。S7-1500 CPU 不支持该传输机制。 所有 OPC UA应用均支持二进制数据交换（基于 OPC UA 技术规范）。 简单的客户端/服务器机制 OPC UA服务器可在网络中提供大量信息，如有关 CPU、OPC UA 服务器、数据和数据类型的 信息。OPC UA 客户端访问这些信息。支持多种编程语言 OPC 基金会已推出了不同编程语言版本的 OPC UA 标准：虽然已停止对 ANSI C 和 Java 的堆栈进行维护，但仍可以使用 .NET、ANSI C 和 Java 的堆栈。 OPC 基金会提供了 .NET协议栈，并以开源软件的形式提供了示例程序。请参见“Github ”。 许多公司提供 Software Development Kits(SDK)。这类开发软件包内含有 OPC Foundation 的 协议栈以及其它有助于简化解决方案开发过程的功能。 使用 SDK的优点： • 供应商支持 • 经测试的软件 • 详细的文档 • 明确的许可证条件（对于销售解决方案很重要） 易于扩展 OPC UA可用于不同性能等级的设备： • 传感器 • 嵌入式系统 • 控制器 • PC 系统 • 智能手机 • 运行 MES 或 ERP应用程序的服务器。 设备的性能等级因配置文件而异。利用不同的 OPC UA 配置文件，可以针对超小型简单设备以 及极高性能的设备调整OPC UA。 OPC UA 行规描述的是服务器和客户端必须支持的功能和服务。此外，可以选择提供行规中未 要求的其它功能/服务。OPC UA 配置文件与 PROFINET 配置文件不同；后者从供应商中立的软件接口意义上为安装和 系统定义附加的跨供应商属性和行为。Nano Embedded Device 2017 Server Profile 对于功能极为有限的超小型设备，可以采用 OPC基金会的“Nano Embedded Device 2017 Server Profile”。其作用相当于核心服务器，并定义了 OPCUA TCP 二进制协议作为所需的传输 行规。通过该行规无需 UA 安全性即可建立连接，但不支持订阅或方法调用。该配置文件可根据需要支持诊断对象和变量。
其它行规基于“Nano Embedded Device2017 Server Profile”进行创建，需要使用更多资源，可 提供更多功能。 Micro Embedded Device2017 Server Profile 此行规提供的功能有限；且需要至少两个并行连接。此外，该文件支持订阅/数据监视功能， 但不支持UA 安全性和方法调用。 • S7-1200 基本控制器支持“Micro Embedded Device 2017 ServerProfile”。S7-1200 还支持 UA 安全性。 Embedded 2017 UA Server Profile该配置文件专为搭载 50 MB 以上 RAM 和更高性能处理器的设备而开发。它基于 Micro Embedded DeviceServer 配置文件。此外，它还需要 UA 安全性和方法调用。此外，服务器必须使其使用的类型模型（数据类型、引用类型、变量类型等）可用。 • S7-1500 gaoji控制器支持“Embedded2017 UA Server Profile”。 标准和全局发现配置文件 “OPC UA Specification Part7”定义附加配置文件： • “Standard 2017 UA Server Profile”，适用于基于 PC 的 OPC UA服务器 • 2个全局配置文件，“Global Discovery Server 2017 Profile”和“GlobalDiscovery and Certificate Management 2017 ServerProfile”，涵盖了全局发现服务器所需的服务和信息模 型 类型-实例概念 OPC UA为命名空间提供了一个完全互连的（全网状网络）面向对象的信息模型，包括对象描述的元数据。可以通过相互之间引用实例及其类型来生成任何对象结构。由于服务器会公开其实例和类型系统，因此客户端可以浏览此网络并获取所需的全部信息。无论是实例还是类型定 义，都在运行过程中使用。关于如何处理对类型的引用的过程或概念会随着时间的推移而得到优化。这些优化会体现在 OPC UA 规范的新版本中（例如 V1.03=> V1.04）。 PLC 变量映射 OPC UA 服务器中的信息（如，PLC变量）可建模为节点，通过引用相互连接。服务器会在地 址空间显示语义，也可以通过客户端获取（在导航时）。这样，即可通过 OPC UA客户端从一 个节点浏览另一个节点，查找可读取、监视或写入的内容。 集成信息安全机制 OPC UA 可在不同层级应用息安全机制： •仅当 OPC UA 客户端和 OPC UA 服务器均通过 X.509-v3 证书进行注册并接受对方的证书时，服务器与客户端之间才能建立安全连接（应用层的信息安全）。可以使用多种安全策略，包括服务器和客户端之间的非安全连接（安全策略：“不安全”）。 • 服务器可以随时向用户请求以下信息，以便进行授权访问（身份验证）：- 用户证书（不可在 STEP 7 中组态） - 用户名和密码 – 无用户认证信息安全机制为可选项且可以组态。S7-1200/S7-1500 CPU 的 OPC UA 在 OPC UA中，一个系统作为服务器运行，并为其它系统（客户端）提供数据和已有信息。 举例来说，OPC UA 客户端可对 OPC UA服务器上的数据进行读写访问。OPC UA 客户端可调用 OPC UA 服务器中的方法。可通过客户端在线访问此数据，包括关于性能和诊断的信息。在 OPC UA 术语中，此功能称为“Browsen”。使用“Subscription”功能无需对变量进行定期读取；通过此功能，服务器可通知 客户端值的更改情况。系统可同时为客户端和服务器。 S7-1500 CPU 的 OPC UA 服务器 自固件版本 2.0 起，S7-1500 CPU 配备OPC UA 服务器。 以下章节将介绍如何组态 S7-1500 CPU 的 OPC UA 服务器才能使数据和方法可用于 OPC UA客 户端，以便客户端可对 CPU 上的 PLC 变量进行读访问和写访问以及可以调用服务器方法。 以下章节还将介绍如何将配套规范集成到OPC UA 服务器的地址空间中。 S7-1200 CPU 的 OPC UA 服务器 自固件 V4.4 起，S7-1200 CPU配备 OPC UA 服务器。 OPC UA 服务器组态通常与在 S7-1500 CPU 中的组态一样；功能范围和数量限值受所支持“Micro Embedded Device 2017 Server Profile”的限制。与 S7-1500 CPU 不同的是，“Registered Read”和“Registered Write”功能不可用。 自固件版本 V4.5 起，S7-1200CPU 支持服务器方法以及结构化数据类型（结构和数组）。 更多信息，请参见 STEP 7 在线帮助。S7-1500 CPU 的 OPC UA 客户端 自固件版本 V2.6 起，S7-1500 CPU 额外配备 OPC UA 客户端。以下部分将介绍如何使用标准化指令（PLCopen 函数块）创建用户程序，该程序在 OPC UA 客 户端中提供以下功能： • 从OPC UA 服务器读取数据 • 向 OPC UA 服务器写入数据 • 调用 OPC UA 服务器的方法 STEP 7 (TIAPortal) 提供客户端接口编辑器并为 OPC UA 连接分配参数，以帮助用户创建用户 程序。 指令（“指令 > 通信> OPC UA”(Instructions > Communication > OPC UA)）的帮助中详细介绍了作为客户端的 S7-1500 CPU 的 OPC UA 指令。