前言介紹

PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)是現(xiàn)代工業(yè)控制的核心。
下面簡單介紹一下PLC的發(fā)展歷程。
1968年，通用汽車公司招標新式設(shè)備，用于取代傳統(tǒng)繼電器，以提升產(chǎn)線調(diào)整、設(shè)備檢修時的效率。1969年Modicon公司交付了其第一件PLC產(chǎn)品，并于1979年發(fā)布了Modbus通信協(xié)議。Modicon后來成為施耐德公司旗下PLC品牌。
此外，Allen-Bradley公司也參與了PLC的早期發(fā)展，其PLC后來成為羅克韋爾旗下AB PLC。
除了Modbus外，PLC流行的通信協(xié)議還有Profibus和Profinet。
Profibus在1987年由德國西門子等公司及機構(gòu)所推動，Profinet繼承自Profibus，并于2002年發(fā)布Profinet CBA標準。

接下面簡單介紹一下OPC。
OPC是PLC與IT系統(tǒng)通信的橋梁，將PLC處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成IT系統(tǒng)能夠直接使用的變量。
OPC有兩個發(fā)展階段。
階段1是OPC DA，OPC代指OLE for Process Control。
階段2是OPC UA，OPC代指Open Platform Communications。
其中，OPC DA基于微軟的OLE(對象鏈接與嵌入)、COM(組件)、DCOM(分布式組件)開發(fā)，于1996年發(fā)布最初版本。所以說，在工控領(lǐng)域，微軟Windows是真正的生產(chǎn)力工具。
西門子等PLC大廠都有自己的OPC產(chǎn)品，但是現(xiàn)在最流行的是Kepware公司的通用OPC Server，其兼容大多數(shù)主流型號的PLC。Kepware于1995年成立，于2016年被PTC公司收購。

這篇短文又出現(xiàn)了施耐德、羅克韋爾、西門子、微軟、PTC等行業(yè)大公司的身影，而且我們還看到，最適合中國工業(yè)軟件廠商學習的PTC，也在通過收購Kepware來介入物理世界，以鞏固自己的基礎(chǔ)。

導讀：

OPC UA

　　OPC統(tǒng)一架構(gòu)（OPC Unified Architecture）是OPC基金會（OPC Foundation）創(chuàng)建的新技術(shù)，更加安全、可靠、中性（與供應(yīng)商無關(guān)），為制造現(xiàn)場到生產(chǎn)計劃或企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)傳輸原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理信息。使用OPC UA技術(shù)，所有需要的信息可隨時隨地到達每個授權(quán)應(yīng)用和每個授權(quán)人員。

　　OPC UA 獨立于制造商，應(yīng)用可以用他通信，開發(fā)者可以用不同編程語言對他開發(fā)，不同的操作系統(tǒng)上可以對他支持。OPC UA 彌補了已有 OPC 的不足，增加了諸如平臺獨立、可伸縮性、高可用性和因特網(wǎng)服務(wù)等重要特性。

　　OPC UA 不再基于分布式組件對象模型（DCOM），而是以面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）為基礎(chǔ)。OPC UA 因此可以連接更多的設(shè)備。

　　今天，OPC UA 已經(jīng)成為連接企業(yè)級計算機與嵌入式自動化組件的橋梁 - 獨立于微軟、 UNIX 或其他操作系統(tǒng)。

以下正文部分

　　1. 組件對象模型(COM)/分布式組件對象模型(DCOM)的終止

　　傳統(tǒng)OPC應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交換是基于微軟的組件對象模型(COM)技術(shù)。因為視窗(Windows)操作系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，同時也促進了視窗計算機在自動化中的使用，所以COM技術(shù)也為OPC技術(shù)的廣泛使用創(chuàng)造了條件。在2002年初，微軟發(fā)布了新的.NET框架并且宣布COM技術(shù)的停止研發(fā)。雖然這不意味著將來的視窗操作系統(tǒng)不支持COM，但作為停止的結(jié)果，傳統(tǒng)OPC的基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)不再發(fā)展，或早或晚要被淘汰，所以要尋求新的替換方案。

　　2. COM 的局限

　　上世紀90年代，隨著視窗計算機的普及，微軟COM/DCOM技術(shù)引入的一組特性，得到了家庭計算機用戶和工業(yè)自動化用戶的高度欣賞。這些特性包括了拷貝與粘貼，拖拽與投放，鏈接與嵌入。DCOM還提供了完整的通信基礎(chǔ)架構(gòu)，并帶有必要的安全機制，諸如授權(quán)、鑒權(quán)和加密。DCOM安全機制能夠?qū)崿F(xiàn)計算機對數(shù)據(jù)和程序的遠程訪問。但DCOM安全機制同時也對安裝工程師、系統(tǒng)集成商和開發(fā)者管理項目提出了挑戰(zhàn)，其中包括了跨越PC的OPC通信。正確地設(shè)置DCOM安全功能是非常困難的任務(wù)，需要很多專業(yè)的知識。作為結(jié)果，安裝工程師和系統(tǒng)集成商會例行公事地選擇快速流程，在所有連網(wǎng)的OPC計算機采取寬松的訪問授權(quán)，造成大多數(shù)保護不起作用且允許非授權(quán)遠程訪問。這種做法與信息技術(shù)(IT)安全的要求相違背。在長期運行時，可能會有粗心大意者或者蓄意破壞的人造成損害的危險。DCOM安全設(shè)置常常需要一種特別才能，而配置OPC通信功能則非常容易。

　　3. OPC 通信穿過防火墻

　　在自動化行業(yè)，很早就認識到OPC通信需要跨越計算機邊界的必要性，這是另一個DCOM限制傳統(tǒng)OPC通信的地方。DCOM需要多個端口，如鑒權(quán)、傳輸數(shù)據(jù)和一系列服務(wù)建立一個連接。所以，在防火墻中不得不打開很多端口，才能讓DCOM通信穿過他。在防火墻上每打開一個端口都是一個安全隱患，為黑客攻擊提供一種潛在可能。OPC UA中的隧道技術(shù)是一種被廣泛接受的策略，解決了傳統(tǒng)OPC產(chǎn)品中DCOM限制的問題。

　　4. 在非視窗平臺使用OPC

　　在工業(yè)應(yīng)用中，幾乎“無所不在”的微軟平臺，把DCOM 作為操作系統(tǒng)的一個組件是傳統(tǒng)OPC能被快速接受的一個重要因素。但是同時，OPC的集成概念在使用其他操作系統(tǒng)時就不靈光了，因為他們不支持DCOM。比如在IT行業(yè)，常常使用Unix或者Linux系統(tǒng)就是這種情況。

　　自動化也是這樣，有的應(yīng)用領(lǐng)域明確拒絕使用視窗操作系統(tǒng)。嵌入式設(shè)備領(lǐng)域是另一個視窗很難(除了視窗CE或者嵌入XP)涉及的領(lǐng)域。這里，復(fù)雜的應(yīng)用直接嵌入到現(xiàn)場設(shè)備、PLC、操作屏和其他設(shè)備之中。他們運行VxWorks、QNX、嵌入式Linux、RTOS或者其他嵌入式操作系統(tǒng)而沒有DCOM。在這些領(lǐng)域里使用OPC 的集成概念注定要失敗，因為OPC需要DCOM作為技術(shù)基礎(chǔ)，而這個基礎(chǔ)在嵌入式系統(tǒng)中正好缺失。

　　5.通過Web服務(wù)實現(xiàn)跨平臺的OPC通信

　　隨著在2003年OPC XML-DA規(guī)范的發(fā)布，OPC基金會第一次展示了一種獨立于視窗平臺的方式和克服DCOM限制的方法。今天，很多OPC XML-DA產(chǎn)品演示了基于Web服務(wù)的OPC技術(shù)。但是XML-DA 通信的數(shù)據(jù)吞吐量還是比不上DCOM，通信速度要慢5到7倍。這個速度對于很多自動化的要求而言是太慢了。基于Web服務(wù)的OPC通信功能還是有用的，因為實現(xiàn)了跨越操作系統(tǒng)的能力，但還要進一步提高數(shù)據(jù)傳輸性能。

　　6. 統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型

　　迄今為止，傳統(tǒng)的OPC技術(shù)已有3種不同的OPC服務(wù)器 – 數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器、報警與事件服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器。如果用戶需要獲取一個溫度傳感器的當前值，一個溫度超過限定值的事件和一個溫度的歷史平均值，那么他必須發(fā)送3個請求，訪問3個服務(wù)器。用戶訪問過程數(shù)據(jù)、事件和歷史數(shù)據(jù)用不同的方法要花費很多的時間。所以，統(tǒng)一這3種對象模型可以使這樣的事情變得非常簡單，不僅對OPC產(chǎn)品的供應(yīng)商有利，也對系統(tǒng)集成商和用戶有利。

　　7. 支持復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　OPC的一個主要應(yīng)用是對串行通信或者現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的操作和監(jiān)視。為了配置設(shè)備，OPC客戶機需要寫入數(shù)據(jù)類型，通過OPC服務(wù)器到達設(shè)備，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元件的意義。OPC基金會已經(jīng)創(chuàng)建了描述復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法，即復(fù)雜數(shù)據(jù)規(guī)范。然而，大多數(shù)今天市場上的傳統(tǒng)OPC產(chǎn)品除了很少的例外，不能使用復(fù)雜數(shù)據(jù)規(guī)范。

　　8. 保證通信不丟失數(shù)據(jù)

　　最早定義的數(shù)據(jù)訪問，可以讓客戶應(yīng)用程序周期獲得過程數(shù)據(jù)的當前狀態(tài)。如果在OPC客戶機和遠程OPC服務(wù)器之間的物理通信連接發(fā)生了問題，數(shù)據(jù)通信會受到損壞。當通信損壞時，傳輸?shù)絆PC客戶機數(shù)據(jù)會發(fā)生改變，甚至丟失。這種數(shù)據(jù)丟失在有些數(shù)據(jù)訪問應(yīng)用中不是關(guān)鍵的，諸如趨勢記錄、過程監(jiān)視或者過程顯示。但在有些場合的應(yīng)用中是非常關(guān)鍵的。比如，OPC技術(shù)已經(jīng)成為這些區(qū)域的基礎(chǔ)，諸如化工或者石化工業(yè)，這些地方要求必須無縫地記錄數(shù)據(jù)。為了達到這個目標，供應(yīng)商需要實施特殊擴展的方法。他們使用基于連接的監(jiān)視系統(tǒng)，確保對斷開的通信快速檢測，如果通信斷開能夠自動重新連接，在數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器中有數(shù)據(jù)緩存、冗余、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。這些擴展的方法很有用，但在傳統(tǒng)的OPC規(guī)范中沒有定義，會因供應(yīng)商不同而不同。

　　9. 對非授權(quán)數(shù)據(jù)訪問而增加的保護

　　隨著自動化行業(yè)基于以太網(wǎng)的通信不斷增長，自動化和辦公室網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)糾纏在一起。同時，垂直集成的想法產(chǎn)生了新的需求，這種類型的集成也帶來了新的安全風險。OPC也增加了遠程維護和遠程控制概念的使用。這里再一次提到，對外圍非授權(quán)的訪問，必須滿足更嚴格的信息安全要求。隨著網(wǎng)絡(luò)犯罪、間諜和破壞活動的增長，信息技術(shù)安全越來越顯得重要 – 所以使用OPC也有了安全的要求。傳統(tǒng)的OPC供應(yīng)商沒有開發(fā)專有的預(yù)防措施，所以不能滿足這些安全要求。

　　10. 支持新的命令調(diào)用

　　在很多應(yīng)用中，不僅讀寫數(shù)值非常重要，而且執(zhí)行命令也非常重要，諸如啟動或者停止一臺驅(qū)動器或者把一個文件下載到設(shè)備中。OPC命令規(guī)范定義了執(zhí)行這些命令的方法，但這僅在OPC UA中有效，不能在傳統(tǒng)的OPC中使用。