OPCUA
丘钛先存在机台设备种类较多，如何打通不同种类设备间的通讯，通过开放式协议可以将整厂的设备之间通讯打通。
70年代继电器，80年代PLC技术，90年代现场总线技术快速发展远程控制与诊断，21世纪出现高速以太网技术，
OPC UA-成为未来的通用标准的原因在于如下哪些因素？
一、现场总线的技术特点
1、具有良好的系统开放性。现场总线技术通信协议公开，相关标准的一致，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。用户可按自己需要的大小把来自不同供应商的产品随意组成不同的系统。
2、系统结构的高度分散性。因为自控技术的飞速发展，现场设备本身已经具备自动控制的基本功能，所以现场总线技术采用了全分布式控制系统的体系结构。这种体系结构从根本上改变了现有DCS的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统可靠性。
3、互可操作性与互用性。现场总线技术可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。互用性意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
4、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、流量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
5、作为工厂网络底层的现场总线，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线等，具有较强的抗干扰能力；可采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等，对现场环境具有良好的适应性。
二、现场总线的优点
由于现场总线的以上特点，特别是系统结构的简化，使控制系统在设计、安装、投用、正常生产运行及系统的检修维护等各方面，都体现出优越性。
1、节省硬件数量与投资。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。
2、节省安装费用。现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。
3、节省维护开销。由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。由于现场控制设备具有很强的自诊断与简单故障处理能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便及时分析故障原因并快速排除，缩短了维护时间。
4、用户具有高度的系统集成主动权。用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。
5、提高了系统的准确性与可靠性。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强:减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。
三、典型现场总线简介
1、基金会现场总线
基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF，其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WordFIP协议。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，开发出国际上统一的现场总线协议。基金会现场总线分低速和高速两种通信速率。低速传输速率为 3125Kbps,通信距离可达 1900m,可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。高速传输速率为 1Mbps和 2.5Mbps两种，其通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射。
基金会现场总线是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。
2、LonWorks
LonWorks是由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的又一具有强劲实力的现场总线技术。其通讯速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。
在开发智能通信接口、智能传感器方面，LonWorks神经元芯片也具有独特的优势。
3、Profibus
Profibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的可实现总线供电与本质安全防爆。广泛应用于纺织、可编程控制器、低压开关、过程自动化等领域。Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接 127个站点。
Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播 (不要求应答 ),或有选择地向一组站点广播。
4、CAN
CAN是控制网络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，广泛应用在离散控制领域。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达 1 0km/kbps,可挂接设备最多可达 110个。
CAN的信号传输时间短，受干扰的概率低，具有较强的抗干扰能力。CAN采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。已有多家公司开发生产了符合CAN协议的通信芯片，如Intel公司的 82 52 7，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的 82C2 50等。还有插在PC机上的CAN总线接口卡，具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。
5、HART
HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的缩写（可寻址远程传感高速通道的开放通信协议），最早由Rosemout公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前具有较强的市场竞争能力。
最大传输距离3000m。HART通信在 4～20mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用Bell202国际标准;数据传输速率为1200bps,逻辑“0”的信号频率为2200Hz，逻辑“1”的信号传输频率为 1200Hz。总线上可挂设备数多达 15个，每个现场设备可有256个变量，每个信息最大可包含4个变量。HART能利用总线供电，可满足本安防爆要求。
6、RS-485
尽管ＲＳ-485不能称为现场总线，但是现在还有许多设备沿用这种通讯协议。采用RS-485通讯具有设备简单、低成本等优势，仍有一定的生命力，在许多系统中得到了广泛的应用。
协议应用层有设备描述文件—>
高速以太网总线循环周期达到1ms以下
自动化网络和IT网络互通
OPCUA由公益组织推动的，全球几千家厂商支持，开放式标准，设备互联，系统互联，支持复杂的信息模型，以满足不同行业的模型分类交互数据。
很简单设备描述文件单独提供GSD，EDD，XML等专门为不同厂家数据交互准备，外部设备接入系统向系统开放的接口，此文件必须安装在主控系统才能读取到外设的数据。
GSD文件是PROFIBUS-DP产品的驱动文件，是不同生产商之间为了互相集成使用所建立的标准通讯接口。一般当从站模块的生产商与主站PLC生产商不同时，需要在主站组态时安装从站模块的GSD文件，比如主站PLC为西门子CPU315-2DP,从站为力士乐的伺服控制器Ecodrive03，此时需要在STEP7 ''HW Config''里安装力士乐伺服控制器的GSD文件。该GSD文件由生产商（力士乐）免费提供。
OPC UA 在工业4.0 中的重要性就是通过面向对象的技术，将物理设备，传感器，电机描述成一个个对象，形成数字化模型。让不同的软件可以像调用对象那样来控制设备。
class motor {
float speed；
int direction；
float current；
float voltage；
float temperature；
void start()；
void stop();
}
各设备厂家除自身的专有协议之外，对设备本身进行特性封装成OPCUA的数据模型提供给OPCUA
OPC
OPC 是基于微软的DCOM 技术，用于设备和软件之间交换数据。 这也意味着OPC 只能在window 系统上运行.在运行OPC 之前需要配置Window 的COM/DCOM.在运行命名行 键入”DCOMCNFG”可以看见window的服务组件的配置(细节我并不了解).不过有一点可以确实,就是OPC 是在运行windows的工业PC 和上位机上方可运行.这在window 一统天下的年代的不二选择.一台PLC 如果要和OPC 上位机软件通信,必需通过Windows 工业电脑来完成..
重新认识OPC UA
现在,我们来重新来认识OPC UA 的本质吧! OPC UA 是OPC 的后继标准，只是后面增加了UA ,意指”统一架构”(Unified Architecture).它的主要目的是摆脱windows! 实现与平台无关的OPC.
从OPC 演进到OPC UA,它的目的并没有改变,依然是为了实现分布式控制系统中的分布式对象技术.但是它的方式变成了与平台无关.面向了开放系统.这也就意味着我们可以在一个Arm /linux平台上实现OPC 的server,或者在云端linux平台上实现Client 程序.
opc ua 的代码足够地小,事实上已经可以将OPC UA 的server 端直接集成到PLC ,传感器或者小型网关中.
一旦了解了事物的本质,就可以高屋建瓴地理解许多细节.现在我们在来看看OPC UA 的许多概念.
1 信息模型(Information model)
OPC UA 使用了对象（objects）作为过程系统表示数据和活动的基础。对象包含了变量，事件和方法，它们通过引用（reference）来互相连接。这个概念和面向对象程序设计方法非常相似。
OPC UA 信息模型是节点的网络（Network of Node,），或者称为结构化图（graph），由节点(node)和引用(References)组成，这种结构图称之为OPC UA 的地址空间。这种图形结构可以描述各种各样的结构化信息(对象)。
节点(nodes) : 共计有8种节点(对象,对象类型,变量,变量类型,视图,方法,引用,数据类型)
也许我们通过一些实例能够更加容易理解这种节点图描述对象的能力。
视图节点（view node）
假如我们要为一个设备建立opc ua 模型，这个设备具有一个模拟量输入，一个数字输出，两个方法 ，分别是readAnalog和ReadDigital。这个模型如果使用C++的类来描述，是下面的样子。
class sensor {
public :
double analog;
uint32_t digital
double readAnalog(int port)
uint32_t readDigital(int port)
}
如果使用节点图来描述首先要区分不同的节点类型
相应的节点图是下面的样子
如果你熟悉C++面向对象程序设计，可以将C++的类与OPCUA 的节点图对应起来，这样比较容易理解OPC UA 信息模型是如何构建的。
opc ua model 的设计工具：
opc ua 的模型采用XML 文件描述，然后通过一个编译工具可以将XML 编译成C++语言的程序。
为了方便地建立 opc ua 的信息模型，需要使用模型编辑软件，它们会产生XML 的小型模型，然后编译成C语言程序。
比较流行的是uaModeler 不过这是一个商业化的软件。免费的软件有 在python的opcua-modeler,可以在下面的地址找到
https://github.com/FreeOpcUa/opcua-modeler
编译工具
python ./nodeset_compiler.py --types-array=UA_TYPES --existing ../../deps/ua-nodeset/Schema/Opc.Ua.NodeSet2.xml --xml myNS.xml myNS
使用面向对象程序设计的概念去看待OPC UA 的信息模型，有助于理解OPC UA的许多概念。至少我是这样的。
这使我想起了《数学的语言》中关于数学的定义，数学是研究模型的学科，数学靠自然和物理的手脚架搭建的，当自然和物理的手脚架撤离之后，人们却无法理解数学宫殿是如何建造的了。