что такое opc da и opc ua сервера
Что такое opc da и opc ua сервера
OPC UA: новый стандарт в интеграции АСУ ТП
к.т.н., эксперт по автоматизации производства,
OPC (OLE for Process Control) — это семейство протоколов и технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами.
Семейство протоколов ОPC довольно часто используют для обмена данными между ПЛК и SCADA системами.
Ввиду того, что значительное влияние в организации OPC Foundation имеет корпорация Microsoft, протоколы OPC до последнего времени были одноплатформенными и закрытыми по причине привязки к закрытым технологиям MS Windows.
Несмотря на огромный успех и всеобщее признание, практика выявила следующие недостатки ОРС технологии:
доступность только на операционных системах семейства Microsoft Windows
связь c технологией DCOM, исходные коды которой являются закрытыми. Это не позволяет решать вопросы надежности ПО, а также выявлять и устранять возникающие программные отказы
проблемы конфигурирования, связанные с DCOM
неточные сообщения DCOM о прерываниях связи
неприспособленность DCOM для обмена данными через интернет
неприспособленность DCOM для обеспечения информационной безопасности.
В связи с этими недостатками и ограничениями организацией OPC Foundation было создано многоплатформенное решение – протокол OPC UA (OPC Unified Architecture). Оно унифицирует все протоколы ранних версий в рамках открытых и многоплатформенных технологий.
Стандарт OPC UA устанавливает методы обмена сообщениями между ОРС сервером и клиентом, не зависящие от аппаратно-программной платформы, от типа взаимодействующих систем и сетей. ОРС UA обеспечивает надежную и безопасную коммуникацию, противодействие вирусным атакам, гарантирует идентичность информации клиента и сервера.
Сервисы ОРС UA делятся на логические группы:
сервисы безопасных каналов
сервисы сессий взаимодействия приложений по инициативе пользователя
сервисы для управления узлами**. Позволяют клиентам добавлять, модифицировать или удалять узлы в адресном пространстве
сервисы видимости узлов, позволяющие задавать индивидуальные наборы видимых узлов для разных клиентов
сервисы атрибутов позволяют модифицировать атрибуты узлов
сервисы методов, которые вызывают функции, исполняемые элементами системы
сервисы для мониторинга узлов в режиме подписки. Эти сервисы периодически контролируют переменные, атрибуты и события, а также генерируют уведомления при наступлении заданных условий
сервисы для осуществления подписки и публикации уведомлений
Преимущества OPC UA
OPC UA обладает следующими преимуществами:
На днях пришлось крепко повозиться с настройкой вызова удалённого сервера по протоколу OPC DA 2.05a, и эта информация бы очень пригодилась, знай я её заранее.
1. Что такое OPC DA и в частности OPC DA 2.05a
В общем случае OPC — это набор открытых протоколов, регламентирующих взаимодействие между собой различных объектов автоматизации, таких как SCADA-системы, к примеру. OPC DA (Data Access) — это один из таких протоколов, он обеспечивает обмен данными с устройствами или программными компонентами. В моем случае по этому протоколу нужно было периодически забирать данные со SCADA-системы. И самое важное — OPC DA работает на базе технологии COM, так что взаимодействие с OPC сервером по сути сводится к взаимодействию с COM сервером.
2. Какие есть библиотеки
Бинарники от Opc Foundation
Компоненты от Advasol
Библиотека OPCDOTNET
Библиотека от энтузиаста на codeproject.com. Ничего не могу сказать, но именно её код использовал мой предшественник, который реализовал локальное взаимодействие с OPC сервером. Судя по тому, что написано в статье, она как раз для локального взаимодействия и предназначена. Плюсы — доступные исходники, наличие тестового клиента, отсутствие зависимостей.
3. Можно ли написать код без использования библиотек
В принципе, ничего сложного в этом нет, если вы имели опыт взаимодействия с COM/DCOM приложениями. А тем, кто как и я, не особо разбирается в этих технологиях, могу порекомендовать писать код, поглядывая на декомпилированные исходники библиотеки от OPC Foundation. По сути, для взаимодействия с OPC сервером достаточно всего лишь сделать интеропы на необходимые интерфейсы, получить их и дергать методы.
4. Проблемы
— Тестовый клиент не подключается с ошибкой RPC сервер недоступен — проверьте доступность портов, порта номер 135 как минимум (основной порт DCOM).
— Access Denied — придется повозиться с настройкой как сервера, так и клиента. См. ссылки внизу
— CLSID is not registered — проверьте, установлен ли у вас Core Components, возможно их не хватает. Либо проверьте Target Platform сборки, осуществляющей интероп. Может быть, там AnyCPU а должно быть x86.
— CoCreateInstanceEx возвращает валидный COM объект, но при касте его к COM интерфейсам вываливается Access Denied (0x80070001). С этой проблемой я возился полдня. Эта штука происходит, когда для доступа к серверу необходимо указать юзера и пароль. Вы вызываете CoCreateInstanceEx, заполнив перед этим SERVER_INFO, и вам приходит ссылка на объект. Однако следующие вызовы QueryInterface не сохраняют параметров доступа, которые вы указали при получении объекта, и это приводит к Access Denied. Решение — вызвать магическую функцию CoInitializeSecurity, которая установит дефолтные параметры безопасности для COM-вызовов. Код:
При вызове этой функции может случиться ошибка RPC_E_TOO_LATE. Эта ошибка возникает обычно из-за хост-процесса Visual Studio, который неявно вызывает CoInitializeSecurity при старте. Для решения проблемы достаточно отключить использование хост-процесса в настройках проекта.
5. Ссылки по теме
OPC Training Institute — сайт с множеством отлично оформленных статей, которые помогают в случае проблем. Например, как настроить DCOM, какие возможные причины ошибки RPC server is not available итд. Требует регистрации, регистрация бесплатна.
Туториалы по настройке DCOM — еще 1 хорошо оформленный туториал для настройки.
Протокол OPC UA в приборах ОВЕН
Технология OPC получила широкое распространение в промышленной автоматизации. В последние годы все более актуальной становится ее современная версия – OPC UA (Unified Architecture). В данной статье описываются преимущества новой технологии и ее использование в приборах компании ОВЕН.
Первая версия стандарта OPC была опубликована консорциумом OPC Foundation в 1996 году. Целью стандарта являлось создание унифицированного интерфейса для подключения устройств автоматизации к SCADA-системам. В то время в отрасли было относительно немного открытых промышленных протоколов, из-за чего большинство компаний разрабатывали собственные решения. Это, в свою очередь, затрудняло процесс интеграции приборов в SCADA-системы: разработчикам SCADA приходилось либо создавать и поддерживать множество коммуникационных драйверов, либо производители приборов были вынуждены разрабатывать драйвер для каждой SCADA, к которой предполагалось подключать их устройства.
Стандарт OPC основан на технологии OLE (Object Linking and Embedding), разработанной компанией Microsoft для ОС Windows. Аббревиатура «OPC» означает OLE for Process Control (OLE для управления процессами). В стандарте описывается интерфейс обмена данными между OPC-клиентом (SCADA-системой) и OPC-сервером. OPC-сервер – это специализированное программное обеспечение, установленное на ПК, которое опрашивает подключенные устройства по промышленным протоколам и предоставляет SCADA-системе доступ к данным этих устройств. Таким образом, производителям оборудования достаточно однократно разработать свой OPC-сервер, чтобы обеспечить возможность подключения оборудования к любой SCADA-системе, поддерживающей технологию OPC. Сейчас эту технологию поддерживает практически каждая SCADA-система.
Компания ОВЕН разработала Owen OPC Server, который доступен для загрузки на сайте owen.ru в разделе Программное обеспечение, устройства связи/OPC-серверы. OPC-сервер не имеет ограничений по числу опрашиваемых параметров и не требует лицензирования. Сервер поддерживает протоколы Modbus RTU/ASCII/TCP, протокол ОВЕН, также имеется возможность обмена данными с приборами, подключенными к облачному сервису OwenCloud (рис. 1). Сервер содержит шаблоны опроса для большинства устройств ОВЕН (кроме свободно программируемых) и позволяет импортировать карты регистров из программируемых реле с помощью плагина среды OwenLogic OPC-сервер экспорт.
Контроллеры ОВЕН, программируемые в среде CODESYS, могут подключаться к SCADA-системам через CODESYS OPC Server, который входит в дистрибутив CODESYS. Процесс настройки обмена предельно прост – пользователь добавляет в проект компонент Символьная конфигурация и помечает галочками переменные, которые должны быть доступны в SCADA.
Стандарт OPC оказал существенное влияние на рынок промышленной автоматизации. Но с развитием технологий стали проявляться некоторые его недостатки.
Современная версия стандарта – OPC UA
Недостатки классической технологии OPC (исходной редакции OPC DA) привели к необходимости разработки нового стандарта. Он получил название OPC UA (OPC Unified Architecture). Первая версия нового стандарта была представлена в 2006 году, и с тех пор он постоянно развивается и дополняется.
Ключевыми особенностями нового стандарта являются:
Стандарт OPC UA продолжает развиваться. Основными векторами развития стандарта в последние годы являются:
Поддержка OPC UA в устройствах ОВЕН
Контроллеры ОВЕН, программируемые в среде CODESYS V3.5 (ПЛК210, ПЛК200, СПК1хх), включают в себя OPC UA сервер. Поддерживается доступ к оперативным данным (DA) и защита подключения к серверу с использованием логинов/паролей и сертификатов. Работа с OPC UA сервером происходит через символьную конфигурацию (как и в случае с CODESYS OPC Server V3) – пользователю достаточно определить переменные проекта, которые будут доступны OPC UA-клиенту.
В будущих версиях CODESYS планируется поддержка доступа к историческим данным (профиль HA), передача тревог и событий (профиль AE), вызов программных модулей (POU) контроллера со стороны клиента. В перспективе ожидается разработка OPC UA-клиента и поддержка архитектуры «Издатель/Подписчик» (PubSub).
Контроллеры ПЛК110-MS4 [М02], программируемые в SoftLogic пакете MasterSCADA 4D, могут использоваться в роли OPC UA-сервера. Кроме того, компания ИнСАТ (разработчик MasterSCADA 4D) поддерживает технологию OPC UA и в других своих продуктах – таких, как SCADA-система MasterSCADA 3.x и OPC-сервер Multi-Protocol MasterOPC Server. В этом ПО поддерживается функционал как OPC UA-клиента, так и OPC UA-сервера. Компания ОВЕН является официальным дистрибьютором программных продуктов компании ИнСАТ.
Облачный сервис OwenCloud поддерживает обмен по OPC UA, выполняя роль сервера. Это позволяет считывать и записывать данные в приборы, подключенные к сервису, через SCADA-системы, панели оператора и другие устройства, имеющие встроенный OPC UA-клиент.
© Автоматизация и Производство, 2021. Все права защищены. Любое использование материалов допускается только с согласия редакции. За достоверность сведений, представленных в журнале, ответственность несут авторы статей.
Издание зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Свидетельство о регистрации средств массовой информации ПИ № ФС77-68720.
Что такое opc da и opc ua сервера
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».
Содержание
Стандарты
OPC — набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:
Назначение
Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 1990 года у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.
Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).
Версии
На данный момент последней версией спецификации OPC DA является версия 3.0, однако наиболее распространенной пока является версия 2.05a. Недавно разработанный стандарт OPC UA (Unified Architecture) унифицирует набор функций для обмена данными, регистрации событий, хранения данных, обеспечения безопасности данных.
OPC DA Version 2.05a
Наиболее широко используемая. В этом стандарте помимо синхронного обмена данными, введена поддержка асинхронного обмена данными. Асинхронный обмен данных позволяет продолжать выполнение программы без ожидания ответа устройства. Этот метод снижает нагрузку на сеть и должен быть рекомендован как основной. Получение данных реализуется с помощью callback-функции пользовательской программы, которая вызывается в момент прихода ответа от устройства.
OPC Unified Architecture
Спецификация OPC UA совмещает все преимущества предыдущих спецификаций и открывает новые горизонты для применения OPC-технологий. В частности, благодаря тому, что произошел отказ от использования COM-интерфейса, обеспечивается кросс-платформенная совместимость. Новый стандарт уже изначально позволяет обеспечить более высокий уровень безопасности данных, чем OPC DA. Кроме того, новая спецификация дает возможность организации передачи информации через сеть интернет.
Инструментарий
Чаще всего для создания приложений с поддержкой OPC используют языки программирования Delphi, C++, C# или Visual Basic.
Уровни управления
Исходя из области применения OPC-серверов в АСУ предприятия различают несколько уровней управления:
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.
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.
Состояние дел
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.
Из операционных систем технологию COM/DCOM поддерживают следующие:
В других распространенных операционных системах поддержки COM/DCOM нет.
Перспективы
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.
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.
Что такое opc da и opc ua сервера
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.
Высокий уровень безопасности протокола OPC UA
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.