Протокол OPC UA в приборах ОВЕН
OPC-технология стала стандартом в сфере промышленной автоматизации, а её усовершенствованная версия OPC UA открывает новые возможности для современных систем управления. В данном материале рассматриваются преимущества этой технологии и её интеграция в оборудование ОВЕН.
История развития OPC-технологии началась в 1996 году, когда консорциум OPC Foundation представил первую версию стандарта. Основной задачей было создание универсального интерфейса для интеграции устройств автоматизации с системами SCADA. На тот момент рынок промышленных протоколов был ограничен, что вынуждало компании разрабатывать собственные технические решения. Такая ситуация создавала существенные сложности при интеграции оборудования в SCADA-системы: либо разработчики SCADA были вынуждены создавать и поддерживать множество коммуникационных драйверов, либо производители устройств должны были разрабатывать отдельный драйвер для каждой используемой SCADA-системы.
Сегодня OPC стала повсеместно признанным стандартом в области промышленной автоматизации. Особую актуальность приобретает современная версия технологии – OPC UA (Unified Architecture), которая предлагает усовершенствованные решения для задач промышленной интеграции. В этой статье мы рассмотрим преимущества новой технологии и её практическое применение в оборудовании компании ОВЕН.
OPC-технология прошла значительный путь развития от первоначального стандарта до современного решения OPC UA, которое отвечает требованиям современной промышленности и обеспечивает эффективную интеграцию различных систем автоматизации.
В основе OPC лежит технология OLE (Object Linking and Embedding) от Microsoft, созданная для операционной системы Windows. Термин “OPC” расшифровывается как OLE for Process Control, что означает использование <b>OLE</b> для управления производственными процессами.
Стандарт определяет механизм взаимодействия между двумя ключевыми компонентами: OPC-клиентом, представленным SCADA-системой, и OPC-сервером. Последний представляет собой особое программное обеспечение, работающее на персональном компьютере. OPC-сервер выполняет важную функцию: он собирает данные с подключенного оборудования через промышленные протоколы и обеспечивает доступ к этой информации для SCADA-системы.
Такое архитектурное решение значительно упрощает процесс интеграции оборудования: производителям достаточно разработать OPC-сервер один раз, чтобы обеспечить совместимость своей продукции со всеми SCADA-системами, поддерживающими OPC. Важно отметить, что сегодня практически все современные SCADA-системы совместимы с данной технологией, что делает её универсальным решением для промышленной автоматизации.
Российская компания ОВЕН создала собственный OPC-сервер под названием Owen OPC Server. Продукт можно бесплатно скачать с официального сайта owen.ru в разделе программного обеспечения для устройств связи.
Важное преимущество сервера – отсутствие ограничений на количество опрашиваемых параметров и бесплатное использование без необходимости лицензирования.
Owen OPC Server обеспечивает совместимость с широким спектром протоколов, включая Modbus RTU/ASCII/TCP и фирменный протокол ОВЕН. Дополнительно поддерживается интеграция с устройствами, подключенными к облачному сервису OwenCloud.
Для удобства работы сервер включает готовые шаблоны опроса для большинства устройств ОВЕН (за исключением свободно программируемых моделей). Особая функциональность представлена плагином “OPC-сервер экспорт” в среде Owen Logic, который позволяет импортировать карты регистров из программируемых реле.
Рис. 1. Структурная схема сети с использованием интерфейса OPC DA
Программируемые контроллеры ОВЕН, разработанные в среде CODESYS, обеспечивают легкую интеграцию со SCADA-системами благодаря встроенному CODESYS OPC Server;. Настройка такого взаимодействия не требует специальных знаний: достаточно включить в проект элемент “Символьная конфигурация” и указать нужные переменные для обмена данными со SCADA-системой.
Внедрение OPC-технологии стало поворотным моментом в развитии рынка промышленной автоматизации, существенно изменив подходы к построению систем управления.
С течением времени и развитием технологий стали очевидны определенные ограничения OPC:
- Тесная интеграция с экосистемой Microsoft (включая OLE и DCOM) создала существенные барьеры для применения OPC в операционных системах других производителей. С ростом вычислительной мощности ПЛК появилась потребность размещать OPC-серверы непосредственно на контроллерах, однако этот подход столкнулся с препятствием: большинство современных ПЛК работает под управлением Linux.
- Настройка взаимодействия между OPC-сервером и OPC-клиентом, расположенным на отдельном компьютере, оказалась непростой задачей. Для такого подключения требуется конфигурировать службу DCOM, что часто вызывает сложности даже у опытных специалистов.
- Изначально стандарт OPC не предусматривал механизмов защиты информации, поскольку системы автоматизации в то время преимущественно работали в изолированной среде. Вопросы удаленного доступа и его безопасности остались без должного внимания при разработке спецификации.
Эволюция OPC привела к появлению современной версии протокола – OPC UA.
Ограничения первоначальной версии OPC (известной как OPC DA) потребовали создания усовершенствованной спецификации. Новый стандарт, получивший название OPC UA (OPC Unified Architecture), был впервые представлен в 2006 году. За время своего существования он непрерывно совершенствовался и расширялся, адаптируясь к растущим требованиям промышленной автоматизации.
Основные преимущества OPC UA заключаются в следующем:
- Универсальная совместимость - технология не привязана к конкретным операционным системам, что позволяет развертывать OPC UA-компоненты на любом оборудовании. Именно эта особенность привела к обновлению расшифровки аббревиатуры OPC на “Open Platform Communications”.
- Надежная защита данных - стандарт предусматривает многоуровневую систему аутентификации, включая поддержку пользовательских логинов и сертификатов для безопасного подключения.
- Гибкость развертывания - архитектура OPC UA позволяет организовать взаимодействие между компонентами через интернет, используя различные варианты сетевого подключения и VPN-туннели.
- Расширенные возможности - стандарт включает набор готовых информационных моделей для различных задач: от работы с оперативными данными до управления архивами и обработки событий. При этом все операции выполняются через унифицированный интерфейс доступа.
- Интуитивная настройка - при установлении соединения OPC UA-клиент автоматически получает полный список доступных параметров от сервера, что существенно упрощает процесс конфигурации системы и минимизирует ручную работу программиста.
Одно из ключевых преимуществ нового стандарта по сравнению с традиционным OPC заключается в том, что OPC UA больше не полагается на OPC-сервер как на посредника между устройствами автоматизации, работающими на основе промышленных протоколов, и SCADA-системами. Фактически OPC UA сам становится промышленным протоколом, используемым для передачи данных на среднем (контроллеры, операторские панели, модули ввода-вывода и т. д.) и верхнем (SCADA, облачные сервисы) уровнях системы автоматизации (рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема сети с использованием интерфейса OPC UA
OPC UA продолжает развиваться, и основные направления этого развития включают:
- Поддержка TSN (стандарт передачи данных в реальном времени в сетях Ethernet) и архитектуры «Издатель/Подписчик» (PubSub), что позволит использовать OPC UA в задачах реального времени.
- Выпуск OPC UA Companion Specifications, которые включают модели данных, успешно используемые в других протоколах и отраслях, таких как модели данных протокола МЭК 61850 и стандарта MTConnect (доступ к станкам с ЧПУ).
- Разработка протокола OPC UA FX, предназначенного для опроса устройств «полевого» уровня (датчиков, модулей ввода-вывода и так далее).
OPC UA в устройствах ОВЕН.
Контроллеры ОВЕН, разработанные с использованием среды CODESYS V3.5 (ПЛК210, ПЛК200, СПК1хх), оснащены OPC UA-сервером. Обеспечивается доступ к оперативным данным (DA) и защита подключения к серверу с помощью логинов/паролей и сертификатов. Взаимодействие с OPC UA-сервером осуществляется через символьное конфигурирование (как и в случае с CODESYS OPC Server V3) — пользователю необходимо определить переменные проекта, доступные для OPC UA-клиента.
В будущих обновлениях CODESYS планируется добавить поддержку доступа к историческим данным (профиль HA), передачу тревог и событий (профиль AE) и возможность вызывать программные модули (POU) контроллера со стороны клиента. В дальнейшем планируется разработать OPC UA-клиент и внедрить архитектуру «Издатель/Подписчик» (PubSub).
Контроллеры ПЛК110-MS4 [М02], программируемые с использованием SoftLogic пакета MasterSCADA 4D, могут функционировать как OPC UA-сервер. Кроме того, компания «МПС софт» (создатель MasterSCADA 4D) также поддерживает технологию OPC UA в своих других продуктах, таких как SCADA-система MasterSCADA 3.x и OPC-сервер Multi-Protocol MasterOPC Server. Эти продукты поддерживают функции как OPC UA-клиента, так и OPC UA-сервера. Компания ОВЕН является официальным дистрибьютором программных решений компании «МПС софт».
Облачный сервис OwenCloud поддерживает обмен данными через OPC UA, выступая в роли сервера. Это позволяет считывать и записывать данные в устройства, подключённые к сервису, через SCADA-системы, панели оператора и другие устройства со встроенным OPC UA-клиентом.
