OPCUA
丘鈦先存在機臺設備種類較多，如何打通不同種類設備間的通訊，通過開放式協議可以將整廠的設備之間通訊打通。
70年代繼電器，80年代PLC技術，90年代現場總線技術快速發展遠程控制與診斷，21世紀出現高速以太網技術，
OPC UA-成爲未來的通用標準的原因在於如下哪些因素？
一、現場總線的技術特點
1、具有良好的系統開放性。現場總線技術通信協議公開，相關標準的一致，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統相連，各不同廠家的設備之間可進行互連並實現信息交換。用戶可按自己需要的大小把來自不同供應商的產品隨意組成不同的系統。
2、系統結構的高度分散性。因爲自控技術的飛速發展，現場設備本身已經具備自動控制的基本功能，所以現場總線技術採用了全分佈式控制系統的體系結構。這種體系結構從根本上改變了現有DCS的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提高了系統可靠性。
3、互可操作性與互用性。現場總線技術可實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數字通信。互用性意味着不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換而實現互用。
4、現場設備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、流量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，並可隨時診斷設備的運行狀態。
5、作爲工廠網絡底層的現場總線，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線等，具有較強的抗干擾能力；可採用兩線制實現送電與通信，並可滿足本質安全防爆要求等，對現場環境具有良好的適應性。
二、現場總線的優點
由於現場總線的以上特點，特別是系統結構的簡化，使控制系統在設計、安裝、投用、正常生產運行及系統的檢修維護等各方面，都體現出優越性。
1、節省硬件數量與投資。由於現場總線系統中分散在設備前端的智能設備能直接執行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統的信號調理、轉換、隔離技術等功能單元及其複雜接線，還可以用工控PC機作爲操作站，從而節省了一大筆硬件投資，由於控制設備的減少，還可減少控制室的佔地面積。
2、節省安裝費用。現場總線系統的接線十分簡單，由於一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。
3、節省維護開銷。由於系統結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。由於現場控制設備具有很強的自診斷與簡單故障處理能力，並通過數字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便及時分析故障原因並快速排除，縮短了維護時間。
4、用戶具有高度的系統集成主動權。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統。避免因選擇了某一品牌的產品被“框死”了設備的選擇範圍，不會爲系統集成中不兼容的協議、接口而一籌莫展，使系統集成過程中的主動權完全掌握在用戶手中。
5、提高了系統的準確性與可靠性。由於現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時，由於系統的結構簡化，設備與連線減少，現場儀表內部功能加強:減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。此外，由於它的設備標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡單，易於重構等優點。
三、典型現場總線簡介
1、基金會現場總線
基金會現場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF，其前身是以美國Fisher-Rousemount公司爲首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協議和以Honeywell公司爲首，聯合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協議。這兩大集團於1994年9月合併，成立了現場總線基金會，開發出國際上統一的現場總線協議。基金會現場總線分低速和高速兩種通信速率。低速傳輸速率爲 3125Kbps,通信距離可達 1900m,可支持總線供電，支持本質安全防爆環境。高速傳輸速率爲 1Mbps和 2.5Mbps兩種，其通信距離爲750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發射。
基金會現場總線是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發展前景的技術。
2、LonWorks
LonWorks是由美國Ecelon公司推出並由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，於1990年正式公佈而形成的又一具有強勁實力的現場總線技術。其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到2700m(78kbps，雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質，並開發相應的本安防爆產品，被譽爲通用控制網絡。
在開發智能通信接口、智能傳感器方面，LonWorks神經元芯片也具有獨特的優勢。
3、Profibus
Profibus是作爲德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現場總線。該項技術是由西門子公司爲主的十幾家德國公司、研究所共同推出的可實現總線供電與本質安全防爆。廣泛應用於紡織、可編程控制器、低壓開關、過程自動化等領域。Profibus的傳輸速率爲96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時爲1000m，15Mbps時爲400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個站點。
Porfibus支持主—從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間採用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有總線控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環一週的最長時間。按Profibus的通信規範，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可採取對所有站點廣播 (不要求應答 ),或有選擇地向一組站點廣播。
4、CAN
CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，其總線規範現已被ISO國際標準組織制訂爲國際標準，廣泛應用在離散控制領域。其信號傳輸介質爲雙絞線，通信速率最高可達 1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達 1 0km/kbps,可掛接設備最多可達 110個。
CAN的信號傳輸時間短，受干擾的概率低，具有較強的抗干擾能力。CAN採用總線仲裁技術，當出現幾個節點同時在網絡上傳輸信息時，優先級高的節點可繼續傳輸數據，而優先級低的節點則主動停止發送，從而避免了總線衝突。已有多家公司開發生產了符合CAN協議的通信芯片，如Intel公司的 82 52 7，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的 82C2 50等。還有插在PC機上的CAN總線接口卡，具有接口簡單、編程方便、開發系統價格便宜等優點。
5、HART
HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫（可尋址遠程傳感高速通道的開放通信協議），最早由Rosemout公司開發並得到80多家著名儀表公司的支持，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字通信，屬於模擬系統向數字系統轉變過程中工業過程控制的過渡性產品，因而在當前具有較強的市場競爭能力。
最大傳輸距離3000m。HART通信在 4～20mA模擬信號上迭加一個頻率信號，頻率信號採用Bell202國際標準;數據傳輸速率爲1200bps,邏輯“0”的信號頻率爲2200Hz，邏輯“1”的信號傳輸頻率爲 1200Hz。總線上可掛設備數多達 15個，每個現場設備可有256個變量，每個信息最大可包含4個變量。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。
6、RS-485
儘管ＲＳ-485不能稱爲現場總線，但是現在還有許多設備沿用這種通訊協議。採用RS-485通訊具有設備簡單、低成本等優勢，仍有一定的生命力，在許多系統中得到了廣泛的應用。
協議應用層有設備描述文件—>
高速以太網總線循環週期達到1ms以下
自動化網絡和IT網絡互通
OPCUA由公益組織推動的，全球幾千家廠商支持，開放式標準，設備互聯，系統互聯，支持複雜的信息模型，以滿足不同行業的模型分類交互數據。
很簡單設備描述文件單獨提供GSD，EDD，XML等專門爲不同廠家數據交互準備，外部設備接入系統向系統開放的接口，此文件必須安裝在主控系統才能讀取到外設的數據。
GSD文件是PROFIBUS-DP產品的驅動文件，是不同生產商之間爲了互相集成使用所建立的標準通訊接口。一般當從站模塊的生產商與主站PLC生產商不同時，需要在主站組態時安裝從站模塊的GSD文件，比如主站PLC爲西門子CPU315-2DP,從站爲力士樂的伺服控制器Ecodrive03，此時需要在STEP7 ''HW Config''裏安裝力士樂伺服控制器的GSD文件。該GSD文件由生產商（力士樂）免費提供。
OPC UA 在工業4.0 中的重要性就是通過面嚮對象的技術，將物理設備，傳感器，電機描述成一個個對象，形成數字化模型。讓不同的軟件可以像調用對象那樣來控制設備。
class motor {
float speed；
int direction；
float current；
float voltage；
float temperature；
void start()；
void stop();
}
各設備廠家除自身的專有協議之外，對設備本身進行特性封裝成OPCUA的數據模型提供給OPCUA
OPC
OPC 是基於微軟的DCOM 技術，用於設備和軟件之間交換數據。 這也意味着OPC 只能在window 系統上運行.在運行OPC 之前需要配置Window 的COM/DCOM.在運行命名行 鍵入”DCOMCNFG”可以看見window的服務組件的配置(細節我並不瞭解).不過有一點可以確實,就是OPC 是在運行windows的工業PC 和上位機上方可運行.這在window 一統天下的年代的不二選擇.一臺PLC 如果要和OPC 上位機軟件通信,必需通過Windows 工業電腦來完成..
重新認識OPC UA
現在,我們來重新來認識OPC UA 的本質吧! OPC UA 是OPC 的後繼標準，只是後面增加了UA ,意指”統一架構”(Unified Architecture).它的主要目的是擺脫windows! 實現與平臺無關的OPC.
從OPC 演進到OPC UA,它的目的並沒有改變,依然是爲了實現分佈式控制系統中的分佈式對象技術.但是它的方式變成了與平臺無關.面向了開放系統.這也就意味着我們可以在一個Arm /linux平臺上實現OPC 的server,或者在雲端linux平臺上實現Client 程序.
opc ua 的代碼足夠地小,事實上已經可以將OPC UA 的server 端直接集成到PLC ,傳感器或者小型網關中.
一旦瞭解了事物的本質,就可以高屋建瓴地理解許多細節.現在我們在來看看OPC UA 的許多概念.
1 信息模型(Information model)
OPC UA 使用了對象（objects）作爲過程系統表示數據和活動的基礎。對象包含了變量，事件和方法，它們通過引用（reference）來互相連接。這個概念和麪向對象程序設計方法非常相似。
OPC UA 信息模型是節點的網絡（Network of Node,），或者稱爲結構化圖（graph），由節點(node)和引用(References)組成，這種結構圖稱之爲OPC UA 的地址空間。這種圖形結構可以描述各種各樣的結構化信息(對象)。
節點(nodes) : 共計有8種節點(對象,對象類型,變量,變量類型,視圖,方法,引用,數據類型)
也許我們通過一些實例能夠更加容易理解這種節點圖描述對象的能力。
視圖節點（view node）
假如我們要爲一個設備建立opc ua 模型，這個設備具有一個模擬量輸入，一個數字輸出，兩個方法 ，分別是readAnalog和ReadDigital。這個模型如果使用C++的類來描述，是下面的樣子。
class sensor {
public :
double analog;
uint32_t digital
double readAnalog(int port)
uint32_t readDigital(int port)
}
如果使用節點圖來描述首先要區分不同的節點類型
相應的節點圖是下面的樣子
如果你熟悉C++面向對象程序設計，可以將C++的類與OPCUA 的節點圖對應起來，這樣比較容易理解OPC UA 信息模型是如何構建的。
opc ua model 的設計工具：
opc ua 的模型採用XML 文件描述，然後通過一個編譯工具可以將XML 編譯成C++語言的程序。
爲了方便地建立 opc ua 的信息模型，需要使用模型編輯軟件，它們會產生XML 的小型模型，然後編譯成C語言程序。
比較流行的是uaModeler 不過這是一個商業化的軟件。免費的軟件有 在python的opcua-modeler,可以在下面的地址找到
https://github.com/FreeOpcUa/opcua-modeler
編譯工具
python ./nodeset_compiler.py --types-array=UA_TYPES --existing ../../deps/ua-nodeset/Schema/Opc.Ua.NodeSet2.xml --xml myNS.xml myNS
使用面向對象程序設計的概念去看待OPC UA 的信息模型，有助於理解OPC UA的許多概念。至少我是這樣的。
這使我想起了《數學的語言》中關於數學的定義，數學是研究模型的學科，數學靠自然和物理的手腳架搭建的，當自然和物理的手腳架撤離之後，人們卻無法理解數學宮殿是如何建造的了。