Opc foundation что это за программа

OPC-интерфейсы автоматизации технологических процессов

OPC (OLE for Process Control) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Многие из OPC протоколов базируются на Windows-технологиях: OLE, ActiveX, COM/DCOM. Такие OPC протоколы, как OPC XML DA и OPC UA являются платформо-независимыми.

Создание и поддержку спецификаций OPC координирует международная некоммерческая организация OPC Foundation, созданная в 1994 году ведущими производителями средств промышленной автоматизации.

Девиз OPC Foundation: — “Открытые коммуникации по открытым протоколам”.

Стандарты OPC

OPC — набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:

OPC DA (Data Access) — основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.

OPC AE (Alarms

средний уровень — цеховые сети;

уровень АСУ ТП — уровень работы систем типа SCADA;

уровень АСУП — уровень приложений управления ресурсами предприятия.

What is OPC? UA in a Minute

Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или даже “соседу”.

Возможные области применения OPC-серверов в АСУ предприятия

Если имеется оборудование, например плата АЦП, управляемая через драйвер на компьютере с Windows или другой ОС, поддерживающей COM/DCOM, то это самый главный кандидат на реализацию OPC-сервера непосредственно поверх драйвера.

Замена устройства не потребует изменения остальных приложений: OPC-сервер изменяется, но сам OPC-интерфейс поверх него остается прежним.

При наличии устройства, управляемого через какой-нибудь сетевой протокол, вполне возможна реализация OPC-сервера, получающего данные по этому протоколу. Единственная особенность — следует предусмотреть механизмы восстановления связи в случае сбоев.

Несколько более сложной будет схема при работе управляющих приложений на компьютере, не поддерживающем COM/DCOM. В этом случае применим двухкомпонентный OPC-сервер. На стороне ОС, не поддерживающей COM, устанавливается сетевой модуль, который, с одной стороны, связан с приложением(ями), а с другой — через сеть с OPC-сервером.

Заметим, что сетевой модуль может быть стандартным, как, например, ISaNet в системе ISaGRAF. В этом случае необходимо разработать только OPC-сервер. Иногда сетевой модуль создаётся специально для OPC-сервера. Возможна даже реализация, при которой этот модуль не ориентирован на конкретное приложение, а предоставляет некоторый API-интерфейс для любых приложений, желающих обслуживаться с помощью OPC. Так действует OPC-сервер для операционной системы OS-9.

Ещё одна разновидность OPC-сервера — шлюз к сети полевой шины, такой, как Profibus или LonWorks. Реализация этой схемы очень похожа на предыдущие случаи. Скорее всего, на компьютере с ОС Windows будет установлен адаптер fieldbus-сети, а OPC-сервер будет взаимодействовать с этой сетью через драйвер адаптера. В Internet можно найти немало таких примеров.

Руководство для начинающих. Протокол OPC UA.

Идея подобной схемы достаточно очевидна. Сеть полевой шины работает в жестком реальном времени, а OPC предоставляет менее требовательный шлюз к этой сети из приложений более высокого уровня.

Можно назвать много других мест применения OPC: для работы с базами данных в качестве вспомогательных или промежуточных OPC-серверов и т. д. Технология DCOM не очень пригодна для глобальных сетей. Поэтому для привлечения к OPC-технологии Internet-технологий возможен такой путь: расширение Web-сервера является OPC-клиентом, собирающим данные от OPC-серверов. А на стороне клиентов запускается динамическая html- или xml-страница, получающая данные от этого Web-сервера. Ее можно сделать даже OPC-сервером для других приложений.

Полезность применения OPC с точки зрения интеграции достаточно прозрачна и вытекает из самой сути OPC. Это стандарт на интерфейс обмена данными с оборудованием. Первое преимущество — если вы заменяете какой-нибудь компонент, то нет нужды корректировать другое ПО, так как даже при замене драйвера поверх него работает OPC. Второе — если вы хотите добавить в систему новые программы, нет необходимости предусматривать в них драйверы устройств, кроме OPC-клиента, разумеется. Ну и так далее.

Современное состояние OPC

В настоящее время общепризнанным стандартом является только спецификации OPC DA и OPC HDA, а остальные спецификации только начинают завоевывать себе место под солнцем. Не все спецификации завершены, по крайней мере, с точки зрения интерфейса автоматизации (например, для ОРС-Batch уже существует версия 2.0 custom-интерфейса, и только 1.0 — для интерфейса автоматизации. Для некоторых других спецификаций тоже существует отставание интерфейсов автоматизации от custom-интерфейсов).

Соответственно широкое распространение получил лишь стандарт OPC DA. Можно сказать, что сейчас действительно очень многие производители снабжают свои продукты OPC DA серверами. В последние годы активно развивается стандарт OPC HDA. Чего нельзя сказать о других спецификациях.

Среди программ высокого уровня аналогичная картина. Спросом пользуется лишь OPC DA. Почти все известные SCADA-продукты являются OPC-клиентами, например, ЭНТЕК (ЭНТЕЛС), MasterSCADA (ИнСАТ), TRACE MODE (AdAstra), КРУГ-2000 (КРУГ), InTouch (Wonderware), Vijeo Citect (Schneider Electric), CitectSCADA (Schneider Electric), Genesis32 (ICONICS), а большинство из них и OPC-серверами (в частности, CiTect, MasterSCADA, КРУГ-2000 и TRACE MODE, FlexOPC (RealFlex). Поддержка OPC HDA из российских полнофункциональных SCADA-систем реализована только в SCADA TRACE MODE, MasterSCADA и КРУГ-2000. Другое ПО подвержено влиянию OPC в гораздо меньшей степени — например, для приложений уровня управления ресурсами предприятия (АСУП) известна только реализация OPC-клиента с поддержкой OPC DA и OPC HDA спецификаций для систем, построенных на базе платформы 1С Предприятие 8 под Windows.

Из операционных систем технологию COM/DCOM поддерживают следующие:

ОС Windows, начиная с Windows 95 (с установленной компонентой DCOM) и до Windows 2000. Начиная с Windows XP модель DCOM поддерживается только для целей обеспечения совместимости;

большинство Unix-подобных ОС, включая Linux; поддерживается фирмой GE Software;

ОС реального времени QNX; мост OPC реализуется при помощи решения OPC DataHub компании Cogent;

ОС реального времени VxWorks; обеспечивается фирмой-разработчиком WindRiver; имеется поддержка OPC, встроенная в систему разработки Tornado.

В других распространенных операционных системах поддержки COM/DCOM нет.

Перспективы OPC

Итак, в настоящее время картина далеко не идеальна. Ещё довольно много оборудования и ПО не охвачено OPC-технологиями. Даже технологией DA. С другой стороны корпорация Microsoft больше не развивает COM/DCOM, который заменяется более современными технологиями, например .NET.

Организация OPC Foundation своей политикой сдерживает развитие стандарта. Документация с описанием интерфейсов доступна только членам данной организации. Членство стоит от нескольких тысяч долларов, что недоступно не только для разработчиков-одиночек, но даже для многих организаций. Этим и объясняется популярность OPC DA, документация по данному интерфейсу долгое время была доступна свободно. Как результат многие фирмы, не желающие связываться с довольно капризной технологией, имеющие в штате хороших программистов нижнего уровня и работающие с ограниченной номенклатурой контроллеров используют для своих SCADA-пакетов технологию CORBA.

Список популярных OPC-серверов

• Modbus Universal MasterOPC Server
• Lectus
• MatrikonOPC

Заключение

Технология OPC предлагает стандарты для обмена технологическими данными, в которые заложены самые широкие возможности. Учитывая большой авторитет вовлеченных в данную деятельность фирм, можно ожидать, что технология OPC будет набирать силу. Это перспективная технология для интеграции разнородных систем. Хотя процесс становления еще далеко не завершён и есть много проблем, которые предстоит решить.

Знаете ли Вы, что аспектно-ориентированное сборочное программирование — это разновидность сборочного программирования, основанная на сборке полнофункциональных приложений из многоаспектных компонентов, инкапсулирующих различные варианты реализации.

Источник: www.bourabai.ru

Просто о стандартах OPC DA и OPC UA

OPC (аббр. от англ. Open Platform Communications, ранее англ. OLE for Process Control) – это набор программных технологий, которые предоставляют единый интерфейс для управления различными устройствами и обмена данными. Спецификации OPC были разработаны международной некоммерческой организацией OPC Foundation, которую создали в 1994 году ведущие производители средств промышленной автоматизации. Целью создания OPC было предоставить инженерам универсальный интерфейс для управления различными устройствами.

Реализовав поддержку OPC-клиента, разработчики SCADA систем избавились от необходимости поддерживать сотни драйверов для различных устройств, а производители оборудования, добавив OPC-сервер, обрели уверенность в том, что их продукт может применяться пользователями любых SCADA систем.

Технология OPC включает несколько стандартов, которые описывают набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:

• OPC DA (Data Access)— наиболее распространённый стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.
• OPC HDA (Historical Data Access)предоставляет доступ к уже сохраненным данным и истории.
• OPC AE (Alarms
• Средний уровень — цеховые сети;
• Уровень АСУ ТП — уровень работы систем типа SCADA;
• Уровень АСУП — уровень приложений управления ресурсами предприятия, ERP, MES.

Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или соседнему устройству.

Работа OPC DA сервера

OPC DA сервер обеспечивает обмен данными (запись и чтение) между клиентской программой (обычно SCADA системой) и конечными устройствами. Данные в OPC представляют собой переменную Тег с некоторыми свойствами. Переменная может быть любого типа, допустимого в OLE: различные целые и вещественные типы, логический тип, строковый, дата, массивом и т. д. Свойства могут быть обязательными, рекомендуемыми и пользовательскими.

• Текущее значение переменной, ее тип и права доступа (чтение и/или запись).
• Качество переменнойзависит от выхода измеряемой величины за границы динамического диапазона, отсутствии данных, ошибки связи и других параметров. Обычно принимает значения: хорошее/плохое/неопределенное и дополнительная информация.
• Метка временисообщает о времени, когда переменная получила данное значение.
• Частота опроса переменной OPC-серверомзадает время обновления значения переменной.
• Описание переменной, которое содержит информацию для пользователя о том, что представляет собой эта переменная.

Дополнительно могут быть указаны необязательные свойства: диапазон изменения значения, единица измерения и другие пользовательские параметры.

Для чтения данных из ОРС сервера можно использовать различные режимы:

• Синхронный режим: клиент посылает запрос серверу и ждет от него ответ.
• Асинхронный режим: клиент отправляет запрос и сразу же переходит к выполнению других задач. Сервер после обработки запроса посылает клиенту уведомление и тот забирает предоставленные данные.
• Режим подписки: сервер отсылает клиенту только те теги, которые изменились. Для того, чтобы шум данных не был принят за их изменение, вводится понятие «мертвой зоны», которая слегка превышает максимально возможный размах помехи.
• Режим обновления данных: клиент вызывает одновременное чтение всех активных тегов. Активными называются все теги, кроме обозначенных как «пассивные». Такое деление тегов уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

Клиент получает данные от ОРС сервера либо из буфера, либо сразу из конечного устройства. Чтение из буфера выполняется быстрее, но данные в нем могут устареть к моменту чтения. ОРС сервер периодически обновляет данные, запрашивая информацию у конечных устройств.

Запись данных в конечное устройство осуществляется в синхронном или асинхронном режимах без промежуточной буферизации. В синхронном режиме клиент осуществляет запись данных и ждет пока не получит подтверждение о выполнении команды от конечного устройства. Этот процесс может занимать много времени, в течении которого клиент находится в ожидании. Асинхронный режим позволяет клиенту отправить запрос серверу и заниматься другими задачами. После окончания записи сервер отправит клиенту уведомление.

Примеры OPC DA сервера

Для примера возьмём SCADA систему Trace Mode 6, в которой реализована функция OPC DA сервера. Trace Mode 6 можно поставить на ПК, либо сразу на контроллер.

SCADA Trace Mode 6 может опрашивать различные модули ввода-вывода и управлять контроллерами по стандартным промышленным протоколам типа: Modbus, МЭК 60870-5-104, HART и другим. Но промышленные протоколы не предназначены для обмена данными между SCADA и ERP, MES системами. Тут придет на помощь стандарт OPC DA, который позволит собрать различные данные с исполнительных модулей SCADA. OPC DA сервер для получения данных с Trace Mode доступен как отдельный модуль, так и в составе модулей OPC МРВ+ или OPC ДокМРВ+.

Также Trace Mode 6 может выступать в качестве OPC клиента и получать данные с OPC DA серверов различных производителей. Например, есть видео урок подключения Trace Mode 6 к NAPOPC DA Server – это OPC DA сервер от компании ICP DAS.

NAPOPC DA Server – это бесплатный OPC DA сервер для опроса модулей ввода-вывода ICP DAS. Его можно установить на ПК, либо прямо контроллеры ICP DAS с ОС:

• Windows 10 — XP-9781-IoT
• Windows WES — XP-9781-WES7
• Windows CE 6.0 — XP-8731-CE6
• Windows CE 5.0 — WP-8841-EN

NAPOPC DA Server позволяет опрашивать модули: I-7000, M-7000, ET-7000, I-8K, I-87K и корзины RU-87Pn.

Стандарт OPC UA

OPC UA (Unified Architecture) – это современный стандарт, описывающий передачу данных в промышленных сетях. Он обеспечивает защищенную и надежную коммуникацию между устройствами, являясь при этом аппаратно- и платформо-независимым, что позволяет обеспечить обмен данными между устройствами с разными операционными системами.

Сильными сторонами OPC UA является объектно-ориентированная информационная модель, которая позволяет «просматривать» данные (в стиле web-браузера), и сервис ориентированная архитектура (SOA). Если раньше приходилось использовать несколько OPC серверов: OPC DA для данных в реальном времени, OPC HDA для истории и OPC AE для событий, то теперь все это и многое другое доступно в одном стандарте OPC UA. Вместо дерева тегов, теперь вводится понятие узлов или объектов. Каждый узел включает в себя переменные, методы и другие структуры данных реального объекта.

Обмен данными теперь происходит через бинарные структуры и XML документы. В дополнение к модели клиент/сервер становится доступна модель издатель/подписчик. Также стандарт определяет механизм для поддержки резервирования (если один клиент станет не доступным, то его заменит другой) и быстрого восстановления связи в случае сбоя. Передача данных происходит через транспортный слой TCP, HTTP/SOAP или HTTPS. Вместо механизмов контроля прав доступа Windows, в OPC UA реализована поддержка цифровых сертификатов и возможность шифрования передаваемых данных.

Реализована обратная совместимость с OPC DA через специальную оболочку (wrapper) и proxy-модуль. Для передачи данных через маршрутизаторы и межсетевые экраны OPC DA требовал использовать промежуточное ПО, OPC UA же работает без прослойки. Спецификация OPC UA включает в себя несколько частей, которые описывают логику работы серверов и клиентов. Детальная версия спецификации доступна в стандарте IEC 62541.

Пример OPC UA сервера

Примером OPC UA сервера может стать набор ПО MX-AOPC UA Suite от компании MOXA. В MX-AOPC UA Suite входит 3 программы:

• Server – для получения данных с Modbus устройств
• Viewer – для просмотра тегов и состояния сервера (Viewer встроен в Server)
• Logger – для ведения истории изменения данных, а также интеграции с базами данных и Облачными решениями

В первую очередь MX-AOPC UA Server ориентирован на модули ввода-вывода MOXA, т.к. там реализована функция Active Tag, но также поддерживается подключение сторонних устройств по протоколам Modbus RTU и Modbus TCP. ФункцияActive Tagпозволяет обновлять состояние каналов сразу после их изменения, не дожидаясь команды со стороны сервера.

MX-AOPC UA Logger позволяет отправлять данные в Облако Microsoft Azure и базы данных Microsoft SQL Server, MySQL, Oracle, Microsoft Office 2003 Access или Excel через ODBC.

В MX-AOPC UA реализована защита данных через шифрование ключом Basic128Rsa15 и подтверждение сертификатом X509.

Минусы применения OPC

Конечно у любой хорошей технологии есть свои минусы. Например, разработчики SCADA Trace Mode 6 из компании АдАстра Рисерч Груп, выделяют типовые ошибки в проектировании АСУ ТП.

К ошибкам можно отнести:

• Злоупотребление OPC-технологиями
• Неоправданное применение WEB-технологий в АСУ ТП
• Применение протоколов реального времени в телемеханических задачах

Например, вы узнали о хорошей технологии OPC и стремитесь заменить все протоколы нижнего уровня только на OPC. Но конвертация промышленных протоколов Modbus, Profibus и любых других на ПК будет занимать дополнительное время и тратить ресурсы компьютера. Тесты показали, что SCADA система работает в 2 раза быстрее напрямую с промышленными протоколами, чем через промежуточный OPC сервер. Конечно, есть системы где процесс не нужно контролировать в реальном времени, но это нужно учитывать при проектировании АСУ ТП.

К недостаткам также можно отнести сложность настройки OPC сервера и необходимость ручной привязки тысячи тегов. Кроме того, OPC-сервер не всегда поставляется бесплатно и чаще всего на каждый ПК придется покупать отдельную лицензию.

Если система отправляет данные через Интернет в Облако, то наличие слабого шифрования может стать потенциальной уязвимостью и целью для атак хакеров, что ставит под сомнение безопасность всей АСУ ТП.

OPC UA для работы в реальном времени

OPC UA over TSN— для поддержки работы в реальном времени технология OPC UA (вместо модели клиент/сервер) может использовать модель издатель/подписчик совместно с технологией TSN (Time-Sensitive Networking).

Модель клиент/сервер хорошо работает в случае подключения точка-точка, но если устройств становится много, то появляются задержки в обновлении данных. Модель издатель/подписчик обеспечивает связь от одного ко многим и от многих ко многим. Сервер отправляет свои данные в сеть (публикация) и каждый клиент может получить эти данные (подписка).

Технология Ethernet с TSN дополняет существующие средства Ethernet в том, что касается обеспечения качества обслуживания трафика (QoS), включая выделение полосы пропускания, синхронизацию, гарантию низких значений задержки и обеспечения резервирования. Данные, которые передают различные устройства по Ethernet сети, представляют собой потоки. Ethernet коммутаторы с TSN позволяют выделить для каждого потока свою полосу пропускания и обеспечить его передачу в реальном времени. Несколько потоков можно объединить (это называется сетевой конвергенцией) и организовать их передачу по одной сети в режиме реального времени. Получается без технологии TSN по одной Ethernet сети можно передавать только один протокол реального времени, а с TSN несколько.

Объединение технологий OPC UA over TSN позволяет организовать коммуникацию между оборудованием от разных производителей и гарантировать непрерывное получение данных в режиме реального времени.

OPC Foundation планирует использовать OPC UA не только для передачи данных между контроллерами и SCADA системой, но и на полевом уровне от датчиков и IoT устройств к контроллерам, а также от локальных систем в Облако. Для этого планируют разбить стандарт OPC UA на 4 части в зависимости от производительности устройства и необходимых ему возможностей.

• Nano Embedded Device Server: подходит для самых маленьких датчиков;
• Micro Embedded Device Server: подходит для недорогих ПЛК;
• Embedded UA Server: подходит для более мощных ПЛК и пограничных шлюзов;
• Standard UA Server: полноценная реализация, поддерживающая все функции.

Источник: asutp.ru

ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

• 
• 
• 

28. 29. Технология ОРС. OPC-сервер и OPC-клиент.

21.06.2009 23:10 Александр

OPC (OLE for Process Control) — технология связывания и внедрения объектов для систем промышленной автоматизации. Технология OPC определяет способ обмена данными между двумя программами на ПЭВМ под управлением ОС Windows. Разработана международной организацией OPC Foundation как промышленный стандарт для взаимодействия программ, обслуживающих комплексы телемеханики разных производителей. Опубликована спецификация OPC — набор документов, определяющий правила для реализации взаимодействия.

Технология OPC определяет 2 класса программ: ОРС-сервер (OPC server), непосредственно взаимодействующий с аппаратурой телемеханики, и ОРС-клиент (OPC client), получающий данные от ОРС-сервера для дальнейшей обработки и передающий в ОРС-сервер команды управления.
Используя спецификацию ОРС, производитель аппаратных средств имеет возможность разработать программу-сервер, обеспечивающую доступ к данным программам–клиентам различных производителей программного обеспечения. В свою очередь, производители ПО имеют возможность получать данные для обработки от нескольких различных систем по стандартному интерфейсу.
Структурная схема взаимодействия между аппаратурой, серверными и клиентскими программами:

Как видно из схемы, программа ОРС-сервер выполняет непосредственное взаимодействие с аппаратурой, используя аппаратные интерфейсы компьютера. ОРС-cервер обеспечивает сбор данных, передачу команд управления, диагностику каналов связи и т.д. OPC-сервер создает программные интерфейсы, обеспечивающие доступ к данным.
Программа OPC-клиент получает данные через интерфейс сервера и выполняет их комплексную обработку — использует для визуализации, строит графики, выводит на печать, сохраняет на диске и т.д.
Программы могут взаимодействовать по технологии ОРС как на одной и той же ПЭВМ, так и на разных, взаимодействуя через локальную сеть (при этом ОРС-сервер должен работать под ОС класса Windows NT).

Источник: www.automationlab.ru

Opc foundation что это за программа

Заказать звонок

Продукты и услуги

Программные продукты
• ПО СМИС
• ПО СМИК
• OPC Tuneller Xpert

Системы
• СМИС (система мониторинга инженерных систем)
• СМИК (система мониторинга несущих конструкций)
• СКПБ (Система контроля пожарной безопасности)
• МФСБ (Многофункциональная система безопасности)
• АСПБ (Автоматизированная система промышленной безопасности)

Цифровые инструменты
• Контроль вибрации и безударной работы оборудования
• Контроль состояния горного массива
• Мониторинг оборудования ЦОД
• Контроль загазованности
• Удаленный мониторинг и управление оборудованием (IIoT)
• Мониторинг производственных показателей станков
• Мониторинг оборудования и межсистемная интеграция SCADA, IIoT, MES, ERP, EAM

Услуги
• Проектирование
• Обследование
• Разработка ПО
• Поставка оборудования
• Монтажные работы
• Пусконаладочные работы
• Техническое обслуживание

Гражданское строительство
• Мониторинг высотных зданий
• Мониторинг спортивных сооружений
• Система мониторинга состояния конструкций канатных дорог
• Мониторинг конструкций подпорных стен (IIoT)

Автодорожная инфраструктура
• Мониторинг автодорожных мостов
• Система контроля состояния обвалоопасных участков автомобильных дорог

Железнодорожная инфраструктура
• Мониторинг железнодорожных мостов

Промышленное строительство
• Мониторинг конструкций высотных сооружений
• Мониторинг состояния фундаментов машин с динамическими нагрузками

Гидротехнические сооружения
• Мониторинг морских портов
• Мониторинг причалов и набережных
• Мониторинг сухих доков
• Мониторинг дамб и плотин
• Динамический мониторинг ГТС

Нефтегазовая промышленность
• СОУ (система обнаружения утечек)

Угольная промышленность
• МФСБ угольных обогатительных фабрик
• Многофункциональная система безопасности (МФСБ) угольного разреза

Главная Блог Протокол OPC UA – коммуникационный стандарт нового поколения
Протокол OPC UA – коммуникационный стандарт нового поколения
Поделиться

Технология OPC была разработана и впервые запущена в 1996 году OPC Foundation. Цель создания технологии заключалась в том, чтобы объединить в себе все существующие на тот момент протоколы, обеспечивающие работу SCADA-систем. До создания протокола производители продуктов SCADA были вынуждены задействовать сотни драйверов для корректной работы оборудования. Однако с появлением и внедрением OPC-серверов такая необходимость отпала.

OPC-сервер – программное обеспечение реализованное в соответствии со спецификациями OPC и обеспечивающее преобразование протоколов обмена к стандартам спецификации OPC.

После успешного старта данная технология начала бурно развиваться, и по сей день используется на многих предприятиях. Однако с течением времени возникла необходимость пересмотреть работу «классических» стандартов.

Причины внедрения OPC UA

Главным образом «классические» OPC-системы поддерживают стандарты DA и HDA, базирующиеся на платформе Windows. Именно она на момент создания технологии была лидирующей в данной области. Что же касается интернета, то 20 лет назад он только начинал свое развитие, был достаточно дорогим и медленным, поэтому на предприятиях, как средство коммуникации, не рассматривался. Однако за 20 лет развития в ИТ-индустрии произошло множество серьезных перемен:

Наравне с технологией Windows успешно используются другие ОС, которые порой во многом её превосходят.
Процессоры стали значительно быстрее и производительнее. Интернет стал основным средством коммуникации, и активно используется на предприятиях для удалённого подключения разрозненных объектов и сбора информации с них.

Однако использование интернета также сделало некоторые системы более уязвимыми к хакерским атакам, возникла необходимость улучшить методы шифрования и защиты данных. Можно сказать, что «классические» OPC-системы в этом отношении значительно отстают. Потребовались кардинальные изменения.

С этой целью OPC Foundation начала разработку и создание нового стандарта, который не был бы привязан к DCOM. По сути, новый протокол сохранил в себе все преимущества «классической» OPC технологии, но был избавлен от её недостатков. Этой технологией стал протокол обмена OPC UA.

Преимущества протокола OPC UA

Рассматривая новую технологию, можно выделить 4 основных преимущества, которые дает системе OPC UA сервер: Кроссплатформенность стандарта. ПО OPC UA способно работать практически на любой платформе, а не только на Windows. Это одно из ключевых преимуществ, поскольку современные контроллеры, как правило, выпускаются с собственной встроенной операционной системой.

Использование сервера OPC UA позволяет устанавливать его не как отдельное приложение на компьютер, а непосредственно в контроллер. Далее в SCADA-систему задаются параметры контролера, после чего она может получать все необходимые значения напрямую от него. Таким образом, обмен данных происходит проще и быстрее.

Простота и доступность удалённого подключения. Подключение классического OPC сервера и настройка DCOM была для программистов настоящим мучением. Правильную работу оборудования с первого раза настроить было практически нереально. В то же время внедрение протокола обмена OPC UA позволило оставить позади эти трудности.

Всё что требуется от специалиста — это открыть доступ нужному TCP-порту. Передача значений через интернет значительно упростила задачу обмена данными.

Высокий уровень безопасности протокола OPC UA

«Классические» протоколы не были рассчитаны на хакерские атаки, во многих из них полностью отсутствует какая-либо защита. Что же касается технологии OPC UA , она позволяет использовать современные методы шифрования и аутентификации при передаче данных через интернет.

Объяснение стандартов передачи данных. «Классическая» OPC-система предусматривает несколько стандартов для передачи данных в OPC DA — для текущих данных, в OPC HDA — для архивируемых данных. В то время как протокол OPC UA использует один сервер и интерфейс для передачи текущих и архивных данных, а также сообщений.

Продукты «СМИС Эксперт» для реализации протокола OPC UA

Модуль OPC UA производства «СМИС Эксперт» предназначен для сбора и записи данных по спецификации UA. Данный модуль успешно используется в составе сервера «XPERT», который представляет собой удобный интерфейс для объединения независимых модулей, работающих по различным спецификациям. Установка и применение данного продукта эффективна в системах, где задействованы модули, передающие информацию посредством OPC DA/AE/UA, Modbus TCP/RTU и других.

Модульное приложение OPC Server «XPERT» обеспечивает взаимодействие между OPC UA Client (клиент) и OPC UA Server(сервер) посредством единого ядра, которое исполняет роль посредника между всеми модулями системы. Использование такого ПО обеспечивает возможность внедрения неограниченного количества модулей в систему и подключение по мере необходимости новых модулей.

OPC сервер «XPERT» обеспечивает:

— работу с оповещениями в формате XML;
— считывание и запись информации;
— хранение информации в базе данных;
— создание алгоритмов обработки информации;
— отправку оповещений через SMS и электронную почту;
— подключение системы датчиков различного назначения.

Источник: smis-expert.com

Просто о стандартах OPC DA и OPC UA

OPC (аббр. от англ. Open Platform Communications, ранее англ. OLE for Process Control) – это набор программных технологий, которые предоставляют единый интерфейс для управления различными устройствами и обмена данными. Спецификации OPC были разработаны международной некоммерческой организацией OPC Foundation, которую создали в 1994 году ведущие производители средств промышленной автоматизации. Целью создания OPC было предоставить инженерам универсальный интерфейс для управления различными устройствами.

Реализовав поддержку OPC-клиента, разработчики SCADA систем избавились от необходимости поддерживать сотни драйверов для различных устройств, а производители оборудования, добавив OPC-сервер, обрели уверенность в том, что их продукт может применяться пользователями любых SCADA систем.

• OPC DA (Data Access) — наиболее распространённый стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.
• OPC HDA (Historical Data Access) предоставляет доступ к уже сохраненным данным и истории.
• OPC AE (Alarms
• Средний уровень — цеховые сети;
• Уровень АСУ ТП — уровень работы систем типа SCADA;
• Уровень АСУП — уровень приложений управления ресурсами предприятия, ERP, MES.

Каждый из этих уровней может обслуживаться OPC-сервером, поставляя данные OPC-клиенту на более высоком уровне или соседнему устройству.

Работа OPC DA сервера

OPC DA сервер обеспечивает обмен данными (запись и чтение) между клиентской программой (обычно SCADA системой) и конечными устройствами. Данные в OPC представляют собой переменную Тег с некоторыми свойствами. Переменная может быть любого типа, допустимого в OLE: различные целые и вещественные типы, логический тип, строковый, дата, массивом и т. д. Свойства могут быть обязательными, рекомендуемыми и пользовательскими.

• Текущее значение переменной, ее тип и права доступа (чтение и/или запись).
• Качество переменной зависит от выхода измеряемой величины за границы динамического диапазона, отсутствии данных, ошибки связи и других параметров. Обычно принимает значения: хорошее/плохое/неопределенное и дополнительная информация.
• Метка времени сообщает о времени, когда переменная получила данное значение.
• Частота опроса переменной OPC-сервером задает время обновления значения переменной.
• Описание переменной, которое содержит информацию для пользователя о том, что представляет собой эта переменная.

Дополнительно могут быть указаны необязательные свойства: диапазон изменения значения, единица измерения и другие пользовательские параметры.

• Синхронный режим: клиент посылает запрос серверу и ждет от него ответ.
• Асинхронный режим: клиент отправляет запрос и сразу же переходит к выполнению других задач. Сервер после обработки запроса посылает клиенту уведомление и тот забирает предоставленные данные.
• Режим подписки: сервер отсылает клиенту только те теги, которые изменились. Для того, чтобы шум данных не был принят за их изменение, вводится понятие «мертвой зоны», которая слегка превышает максимально возможный размах помехи.
• Режим обновления данных: клиент вызывает одновременное чтение всех активных тегов. Активными называются все теги, кроме обозначенных как «пассивные». Такое деление тегов уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

Клиент получает данные от ОРС сервера либо из буфера, либо сразу из конечного устройства. Чтение из буфера выполняется быстрее, но данные в нем могут устареть к моменту чтения. ОРС сервер периодически обновляет данные, запрашивая информацию у конечных устройств.

Запись данных в конечное устройство осуществляется в синхронном или асинхронном режимах без промежуточной буферизации. В синхронном режиме клиент осуществляет запись данных и ждет пока не получит подтверждение о выполнении команды от конечного устройства. Этот процесс может занимать много времени, в течении которого клиент находится в ожидании. Асинхронный режим позволяет клиенту отправить запрос серверу и заниматься другими задачами. После окончания записи сервер отправит клиенту уведомление.

Примеры OPC DA сервера

Для примера возьмём SCADA систему Trace Mode 6, в которой реализована функция OPC DA сервера. Trace Mode 6 можно поставить на ПК, либо сразу на контроллер.

SCADA Trace Mode 6 может опрашивать различные модули ввода-вывода и управлять контроллерами по стандартным промышленным протоколам типа: Modbus, МЭК 60870-5-104, HART и другим. Но промышленные протоколы не предназначены для обмена данными между SCADA и ERP, MES системами. Тут придет на помощь стандарт OPC DA, который позволит собрать различные данные с исполнительных модулей SCADA. OPC DA сервер для получения данных с Trace Mode доступен как отдельный модуль, так и в составе модулей OPC МРВ+ или OPC ДокМРВ+.

Также Trace Mode 6 может выступать в качестве OPC клиента и получать данные с OPC DA серверов различных производителей. Например, есть видео урок подключения Trace Mode 6 к NAPOPC DA Server – это OPC DA сервер от компании ICP DAS.

• Windows 10 — XP-9781-IoT
• Windows WES — XP-9781-WES7
• Windows CE 6.0 — XP-8731-CE6
• Windows CE 5.0 — WP-8841-EN

NAPOPC DA Server позволяет опрашивать модули: I-8K, I-87K и корзины Наверх к оглавлению

Стандарт OPC UA

OPC UA (Unified Architecture) – это современный стандарт, описывающий передачу данных в промышленных сетях. Он обеспечивает защищенную и надежную коммуникацию между устройствами, являясь при этом аппаратно- и платформо-независимым, что позволяет обеспечить обмен данными между устройствами с разными операционными системами.

Сильными сторонами OPC UA является объектно-ориентированная информационная модель, которая позволяет «просматривать» данные (в стиле web-браузера), и сервис ориентированная архитектура (SOA). Если раньше приходилось использовать несколько OPC серверов: OPC DA для данных в реальном времени, OPC HDA для истории и OPC AE для событий, то теперь все это и многое другое доступно в одном стандарте OPC UA. Вместо дерева тегов, теперь вводится понятие узлов или объектов. Каждый узел включает в себя переменные, методы и другие структуры данных реального объекта.

Обмен данными теперь происходит через бинарные структуры и XML документы. В дополнение к модели клиент/сервер становится доступна модель издатель/подписчик. Также стандарт определяет механизм для поддержки резервирования (если один клиент станет не доступным, то его заменит другой) и быстрого восстановления связи в случае сбоя. Передача данных происходит через транспортный слой TCP, HTTP/SOAP или HTTPS. Вместо механизмов контроля прав доступа Windows, в OPC UA реализована поддержка цифровых сертификатов и возможность шифрования передаваемых данных.

Реализована обратная совместимость с OPC DA через специальную оболочку (wrapper) и proxy-модуль. Для передачи данных через маршрутизаторы и межсетевые экраны OPC DA требовал использовать промежуточное ПО, OPC UA же работает без прослойки. Спецификация OPC UA включает в себя несколько частей, которые описывают логику работы серверов и клиентов. Детальная версия спецификации доступна в стандарте IEC 62541.

Пример OPC UA сервера

• Server – для получения данных с Modbus устройств
• Viewer – для просмотра тегов и состояния сервера (Viewer встроен в Server)
• Logger – для ведения истории изменения данных, а также интеграции с базами данных и Облачными решениями

В первую очередь MX-AOPC UA Server ориентирован на модули ввода-вывода MOXA, т.к. там реализована функция Active Tag, но также поддерживается подключение сторонних устройств по протоколам Modbus RTU и Modbus TCP. Функция Active Tag позволяет обновлять состояние каналов сразу после их изменения, не дожидаясь команды со стороны сервера.

MX-AOPC UA Logger позволяет отправлять данные в Облако Microsoft Azure и базы данных Microsoft SQL Server, MySQL, Oracle, Microsoft Office 2003 Access или Excel через ODBC.

В MX-AOPC UA реализована защита данных через шифрование ключом Basic128Rsa15 и подтверждение сертификатом X509.

Минусы применения OPC

Конечно у любой хорошей технологии есть свои минусы. Например, разработчики SCADA Trace Mode 6 из компании АдАстра Рисерч Груп, выделяют типовые ошибки в проектировании АСУ ТП .

• Злоупотребление OPC-технологиями
• Неоправданное применение WEB-технологий в АСУ ТП
• Применение протоколов реального времени в телемеханических задачах

Например, вы узнали о хорошей технологии OPC и стремитесь заменить все протоколы нижнего уровня только на OPC. Но конвертация промышленных протоколов Modbus, Profibus и любых других на ПК будет занимать дополнительное время и тратить ресурсы компьютера. Тесты показали, что SCADA система работает в 2 раза быстрее напрямую с промышленными протоколами, чем через промежуточный OPC сервер. Конечно, есть системы где процесс не нужно контролировать в реальном времени, но это нужно учитывать при проектировании АСУ ТП.

К недостаткам также можно отнести сложность настройки OPC сервера и необходимость ручной привязки тысячи тегов. Кроме того, OPC-сервер не всегда поставляется бесплатно и чаще всего на каждый ПК придется покупать отдельную лицензию.

Если система отправляет данные через Интернет в Облако, то наличие слабого шифрования может стать потенциальной уязвимостью и целью для атак хакеров, что ставит под сомнение безопасность всей АСУ ТП.

OPC UA для работы в реальном времени

OPC UA over TSN — для поддержки работы в реальном времени технология OPC UA (вместо модели клиент/сервер) может использовать модель издатель/подписчик совместно с технологией TSN (Time-Sensitive Networking).

Модель клиент/сервер хорошо работает в случае подключения точка-точка, но если устройств становится много, то появляются задержки в обновлении данных. Модель издатель/подписчик обеспечивает связь от одного ко многим и от многих ко многим. Сервер отправляет свои данные в сеть (публикация) и каждый клиент может получить эти данные (подписка).

Технология Ethernet с TSN дополняет существующие средства Ethernet в том, что касается обеспечения качества обслуживания трафика (QoS), включая выделение полосы пропускания, синхронизацию, гарантию низких значений задержки и обеспечения резервирования. Данные, которые передают различные устройства по Ethernet сети, представляют собой потоки. Ethernet коммутаторы с TSN позволяют выделить для каждого потока свою полосу пропускания и обеспечить его передачу в реальном времени. Несколько потоков можно объединить (это называется сетевой конвергенцией) и организовать их передачу по одной сети в режиме реального времени. Получается без технологии TSN по одной Ethernet сети можно передавать только один протокол реального времени, а с TSN несколько.

Объединение технологий OPC UA over TSN позволяет организовать коммуникацию между оборудованием от разных производителей и гарантировать непрерывное получение данных в режиме реального времени.

• Nano Embedded Device Server: подходит для самых маленьких датчиков;
• Micro Embedded Device Server: подходит для недорогих ПЛК;
• Embedded UA Server: подходит для более мощных ПЛК и пограничных шлюзов;
• Standard UA Server: полноценная реализация, поддерживающая все функции.

Перспективы

Можно с уверенностью сказать, что, хотя стандарт OPC DA все еще широко применяется, но уже не удовлетворяет современным требованиям автоматизации. Он основан на устаревших технологиях, сложен в настройке и не соответствует современным стандартам безопасности. На смену ему пришел современный стандарт OPC UA с возможностью шифрования данных и построения единых систем передачи данных от датчиков до Облака. Совместное использование OPC UA с TSN позволяет значительно расширить возможности технологии для передачи данных в реальном времени. Конечно не стоит сейчас же бежать и избавляться от OPC DA, но можно постепенно модернизировать существующие системы и переходить на OPC UA через специальные оболочки (wrapper) и proxy-модули.

Источник: ipc2u.ru