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Tunneller:破解OPC升级到OPC UA的难题

作者:www.cechina.cn2021.09.17阅读 8724


图片来源 :虹科

  1、OPC技术的发展
  OPC,最开始的解释为OLE for Process Control,诞生于上世纪90年代,主要面向自动化行业,意在为来自不同生产商的工业设备通讯建立一整套开放的接口、属性和方法标准集。它设计之初基于的是微软的OLE、COM、DCOM等技术,而这些技术则集成在Windows操作系统中,OPC随着工业自动化的快速发展,以及搭载Windows的PC和IPC的快速普及而得以推广。
  OPC解决了工业设备的跨厂商平台通讯的问题,但是由于它对Windows中DCOM等技术的依赖,使得它不能在Linux或其它系统中使用。也就是说,OPC并没有解决设备操作系统的跨平台通讯问题,也因此,新一代的技术--OPC UA应运而生。
  UA是Unified Architecture(统一架构)的缩写。而为了方便把旧一代与新一代OPC技术统称区分开来,业内一般把旧一代的OPC称为OPC classic,新一代的称为OPC UA。OPC UA在协议制定之时,就特地抛弃了DCOM等技术,这也使得OPC UA不向下兼容。制定者们重新定义了一系列底层连接与管理的标准,不再把这些工作抛给Windows系统,从而使得OPC UA能跨操作系统平台运行,甚至也能运行在无系统的嵌入式设备中。OPC UA协议使得OT与IT全域的、真正的跨平台标准通讯成为可能。
  此外,由于Windows系统中系统组件容易受到其它应用的影响,且一旦损坏不易修复,依赖于DCOM组件的OPC classic通讯也自然较为脆弱,不适合长距离通讯,一般只能在厂级局域网内通讯,而OPC UA则一并解决了这个问题,即使物理距离相隔甚远的设备,只要Server端有公网IP,能ping得通,一般就也能建立起OPC UA通讯。
  2、OPC系统升级的需要与难题
  目前在工业生产,尤其是制造业中,不少设备与车间中控组态系统,乃至是更上层的厂级、企业级管理系统都采用OPC技术进行通讯,这其中包含了不少使用OPC classic的老旧设备和系统。在当下工业4.0的升级浪潮中,OPC classic实际上已经处于逐步淘汰的阶段,相关型号也逐渐开始停产,新设备大多采用OPC UA取代之,整个行业范围内OPC系统升级的需求越来越大。
  在这升级过程中,有一个问题凸显了出来:OPC classic与OPC UA完全不兼容,如果直接淘汰全部OPC classic设备和控制系统,升级到OPC UA的对应产品,那么将会为企业带来巨大的采购开销与折旧浪费,这通常是难以被接受的;而老旧的OPC classic产品已经逐步被淘汰,继续使用老设备也会为企业带来额外的维护成本与故障损失。此外,OPC classic在远程通讯中的缺陷,也导致了企业数据需要先经历一步协议转换,而后才能顺利被收集起来统一管理。
  面临升级需要,目前很多企业的做法是将其中部分最老旧的生产线整条淘汰,而在新生产线或者新厂区中完全采用新的OPC UA产品。但这种方法实际上也会产生另外两个令人头疼的问题:一是两套系统之间完全隔离,数据若需要统筹管理,则需要在两套系统之上额外建立一套系统对他们进行数据整合;另一个是,如果我们把目光聚焦到整条被淘汰的老旧生产线上,这其中,其实仍有不少的状态依然良好的软硬件能继续投入生产,连带的整线淘汰实际上仍然是带来了不少折旧浪费。
  3、OPC系统平稳升级解决方案
  在产业升级中面对以上难题,很多企业都迫切希望找到最佳的解决方案。正因如此,广州虹科携手合作伙伴,为行业提供了一个平稳的OPC 系统升级解决方案——OPC UA Tunneller软件平台。该软件平台包含两大主要功能,一个是OPC classic远程连接助手,另一个是OPC classic与UA相互转换功能。
  3.1 远程OPC classic数据稳定传输
  举一个形象的例子来说,OPC classic远程连接助手相当于是在Server和Client两台电脑之间建立一个通讯隧道,隧道的两端出口就是分别安装在两台电脑上的Tunneller软件,OPC classic数据通过Tunneller提供的接口进入隧道,而隧道则保护着其中的数据不受复杂的网络环境影响,最终顺利让数据到达另一侧。

  这其中一个典型应用案例就是我们的一个著名跨国企业用户--他们在国内多地的工厂中使用带有OPC classic上传功能的组态系统,并且有一套用OPC classic作为输入协议的数据管理系统,以往他们的做法只是将几个工厂的数据汇集到该城市的一个系统中。但在这次的升级浪潮当中,他们希望在国外某地租用一个大型数据中心,在城市级系统的基础上进行扩容,同时把国内外多地的工厂数据全部接入到该中心进行统一管理。在了解了多个OPC解决方案后,最终他们选择了虹科的Tunneller平台,来帮助他们建立这种跨国距离级别的OPC classic连接。
  在这次升级当中,该企业工厂中的物理设备并没有发生改变,只是加装了一个软件,就能让他们提前享受到OPC UA一般的远程连接便利性。他们的管理平台大体上用的仍然是之前已有的,只是做了一些扩容优化,因而实际升级的人力物力成本都较低,升级速度也大幅缩短,这就是一种相对平稳的OPC系统升级方案。
  3.2 OPC classic与OPC UA相互转换
  OPC classic与UA相互转换功能则非常好理解了。Tunneller实际上是为Client端的访问进行了一次代理,然后将访问到的Server地址空间进行了一次映射,映射回Client所用的协议,这样OPC classic与UA相互之间就能进行数据交换。一言以蔽之,Tunneller充当了一个实时协议翻译的工作,使得通讯双方能相互理解。

  在我们的大多数客户案例当中,客户会优先升级他们的上层管理软件,以便更好地配合新产线中的UA设备。此时,为了能把之前的PLC也纳入统一管理的范畴,客户会使用Tunneller,把PLC中的OPC classic Server转成UA Server,以供管理系统的UA Client与之建立连接并访问。如此一来,客户可以提前享受到基于OPC UA的新管理软件统一管理所有设备带来的便利与附加商业价值,而无需一下子完成所有设备的淘汰和重新采购,这仍是我们所说的一种典型而平稳的OPC系统升级方案。
  4、结语
  总的来说,笔者认为,一个平稳的OPC系统升级方案,应该能帮助客户以最小的代价,提前享受到升级OPC UA的好处,同时能充分利用尚能使用的旧设备,降低升级所需要的时间和人力物力成本,减小对原本生产计划执行的影响。一个理想的平稳过渡,应该接近于这样的一种状况:系统中某一部分到了计划报废的时候,就更换成新的OPC UA设备,而其它部分能维持不变,继续相互配合工作。而广州虹科的Tunneller平台,作为一个久经验证的成熟软件平台,则正是这种平稳升级所需的解决方案。