白皮书
车云灵活数采方案:释放数据价值,加速智能创新 →

OPC UA 与 OPC DA:选型指南

Neuron Team
2024-6-13
OPC UA 与 OPC DA:选型指南

OPC 协议概述

OPC(Open Platform Communications)协议在工业自动化领域扮演着至关重要的角色,它是设备、控制系统以及应用间通信的核心技术标准。该协议通过为不同厂商的设备和系统提供统一的数据交换方式,显著提升了工业控制系统的互操作性与工作效率。

The OPC standard is divided into Classic and Unified Architecture:

OPC 标准主要分为两大类,分别是经典架构和统一架构:

  • OPC 经典规范诞生于 1996 年,基于微软 Windows 技术,使用分布式组件对象模型(COM/DCOM)在软件组件之间交换数据。它包括 OPC DA、OPC AE、OPC HAD 和 OPC DX 等子规范,这些子规范分别提供了过程数据访问、报警事件订阅和历史数据查询的单独定义。
  • OPC 统一架构(UA),作为 OPC 经典的继任者,于 2006 年发布。它将各种 OPC 经典子规范的功能集成到一个可扩展的框架中,独立于平台且面向服务。它不再依赖 COM 实现,并在安全性和可扩展性方面更加强大。

OPC UA 和 OPC DA 在互操作性、安全性、功能、性能和兼容性等多个方面有显著差异,这些差异可能会影响生产和管理成本。本文将提供关于 OPC DA 和 OPC UA 的全面指南,帮助读者根据特定的工业需求做出明智的选择,从而有效减少不必要的成本。

深入探索 OPC DA

OPC DA 简介

在 OPC 技术诞生之前,自动化领域缺乏一个用于设备互联的统一标准。各硬件制造商和软件制造商都采用自己的通信协议,这不仅导致了协议的混乱,也使得通信成本上升。

为了促进不同软件和硬件之间的互操作性,OPC 经典应时而生。

OPC DA(Data Access)是 OPC 基金会最初推出的协议标准之一,主要用于实时数据的访问与交换。它基于微软的 COM/DCOM 技术,为工业自动化系统提供了一个统一的通信接口。

OPC DA 支持实时数据的读取、写入、订阅和取消订阅等操作。它采用客户端/服务器架构,使得多个客户端能够同时从服务器获取数据。

它广泛应用于制造、过程控制、能源管理以及石油和天然气、化工、制药和电力等领域。

OPC DA 的优缺点

优点:

  • 技术成熟
  • 应用广泛
  • 易于实施和部署

缺点:

  • 依赖 Windows 平台
  • 缺乏安全机制
  • 数据模型简单
  • 对接难度较大

OPC UA 协议解析

OPC UA 简介

OPC UA 是 OPC 基金会在吸取 OPC DA 经验的基础上推出的新一代协议标准。它采用面向服务的架构(SOA),提供了一个与平台无关、安全性高、可扩展性强的通信机制。

OPC UA 相较于 OPC DA,引入了更加丰富的数据模型,支持复杂数据类型和语义描述。它还内置了如认证、授权和加密传输等安全机制。除此之外,OPC UA 还支持 TCP、HTTPS、WebSocket 等多种传输协议。

OPC UA 凭借其卓越的性能和灵活性,已在工业物联网(IIoT)、智能制造、远程设备监控等多个领域得到广泛应用。例如,在智能工厂中,OPC UA 能够实现从生产线设备到更高层级管理系统(如 MES、ERP 等)的无缝数据集成。

OPC UA 的优缺点

优点:

  • 平台无关
  • 强化的安全特性
  • 丰富的信息模型
  • 方便对接

缺点:

  • 协议相对较为复杂

详细对比

OPC UA OPC DA
服务发现 支持在本地网络或 Internet 上查找可用的 OPC UA 服务器 仅支持在本地网络查找 OPC DA 服务器
命名空间 所有数据以层次化方式表示(类似文件和文件夹),不管简单还是复杂的数据结构, OPC UA 客户端都能够发现并使用 提供基础的层次化数据表示支持
访问控制 根据访问权限进行数据/信息的读写 支持
订阅 支持 支持
事件 支持 支持
方法 支持远程方法调用 不支持
跨平台 提供良好的跨平台支持,支持主流芯片架构,兼容多种操作系统 仅支持 Windows 操作系统
数据传输 定义了多种协议,提供如 OPC 二进制传输或更通用的 SOAP-HTTPS 等多种选择 依赖 Windows COM 和 DCOM 传输,编程接口中隐藏了所有传输细节
会话安全 信息以 128 位或 256 位加密级别安全传输;接收和发送信息时的签名必须一致;每个 UA 客户端和服务器都必须通过 OpenSSL 证书进行认证,确保应用程序和系统的连接控制;通过排序机制消除重放攻击;应用程序可以要求用户认证(登录凭证、证书等),并可进一步限制或增强用户的访问权限和查看地址空间的能力;记录用户和/或系统活动,提供访问审计跟踪功能 采用 Windows DCOM 会话机制,安全细节被隐藏
未来前景 OPC UA 的多层架构设计允许引入创新技术和方法,如新的传输协议、安全算法、编码标准和应用服务,而不会影响现有应用程序 微软已宣布停止支持 DCOM 技术,OPC DA 在新版 Windows 操作系统中无法得到可靠支持
综合信息建模 不断引入新功能 不支持

OPC UA 与 OPC DA 选型

在决定采用 OPC UA 还是 OPC DA 时,您需要考虑以下几个关键因素:

  • 系统平台及兼容性需求

    OPC UA 能够适应多种环境和设备,而 OPC DA 的服务器和客户端仅能在 Windows 操作系统上运行。如果您的部署环境较为复杂,那么 OPC UA 将是更优的选择。

  • 数据模型的复杂性及功能需求

    OPC UA 提供了强大的业务抽象能力,可以直接将业务逻辑转化为实际的 OPC UA 信息模型,并且易于调整;相比之下,OPC DA 仅提供基于 “服务器/组/标签”的层次结构。对于需要处理复杂业务逻辑的情况,OPC UA 更为合适。

  • 安全性和可靠性要求

    OPC DA 需要一个稳定的操作环境,通常是内网环境。如果您的网络环境较为复杂,例如需要通过公共网络传输数据,那么 OPC UA 将是更安全的选择。

  • 可扩展性和未来发展需求

    OPC UA 的可扩展性远超 OPC DA,而且随着微软对 COM 技术的支持减少,OPC DA 的未来将受到影响。OPC DA 的设计基于过时的中间件技术思想。因此,对于面向未来的应用,您应该优先考虑 OPC UA。

  • 项目预算和实施时间表

    考虑到 OPC UA 的诸多优势,它似乎可以有效降低部署和维护成本。对于预算有限的项目,您可以根据具体情况在 OPC UA 和 OPC DA 之间做出选择。

  • 技术团队的经验和能力

    OPC UA 相较于 OPC DA,需要更深入地理解配置和开发的概念,尤其是在会话安全和综合信息建模方面。而 OPC DA 的配置主要集中在 Windows 系统内的设置上。

关于 OPC UA 和 OPC DA 的常见问题解答

OPC UA 能否完全取代 OPC DA?

虽然 OPC UA 是基于 OPC DA 的升级版,但在特定场景下,尤其是对于老旧系统,OPC DA 仍然具有其独特的应用价值。两者可以并存,相互补充。

实施 OPC UA 是否困难?

尽管 OPC UA 协议可能较为复杂,但目前已有许多成熟的开发工具包和框架,这些工具大大降低了实施难度。此外,许多供应商提供了基于 OPC UA 的成熟解决方案。

NeuronEX:支持 OPC 协议的工业网关

NeuronEX 是专为工业领域设计的软件,专注于设备数据采集和边缘智能分析。它主要部署于工业环境,促进工业设备通信、工业总线协议采集、工业系统数据集成、边缘级数据过滤与分析、AI 算法集成,以及与 工业物联网平台集成。NeuronEX 提供多协议接入能力,支持同时接入如 ModbusOPC UA, Ethernet/IP、Ethernet/IP、BACnet、西门子、三菱等数十种工业协议。

NeuronEX 的 OPC UA 插件可作为客户端访问 KEPServerEX、工业网关 OPC 服务器、Prosys 模拟服务器和 Ignition 等 OPC UA 服务器。它也可以直接访问硬件设备的内置 OPC UA 服务器,例如西门子 S7-1200 PLC、欧姆龙 NJ 系列 PLC 等的内置服务器。更多信息,您可以查看 OPC UA | NeuronEX 文档以及在工业物联网中将 OPC UA 数据桥接到 MQTT:详细教程

NeuronEX 不直接支持 OPC DA 数据的直接采集。但是,可以使用 NeuOPC 将 OPC DA 转换为 OPC UA,然后利用 NeuronEX 的 OPC UA 插件进行数据采集。更多信息,您可以查看 OPC DA | Neuron 文档

结语

虽然在某些特定场景下 OPC DA 可能具有优势,但总体而言,OPC UA 提供了一个更加健壮且面向未来的解决方案,具备增强的安全特性和更好的现代工业应用支持。选择 OPC UA 还是 OPC DA 将取决于每个工业项目的具体需求和目标,做出明智的决策将对效率、成本效益和长期整体性能产生重大影响。

咨询 EMQ 技术专家
联系我们 →

推荐阅读