OPC UA: что это такое, расшифровка и отличие протокола от OPC DA

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture, унифицированная архитектура открытых платформенных коммуникаций): это открытый стандарт обмена данными в промышленной автоматизации, по которому оборудование, контроллеры, SCADA и информационные системы предприятия передают друг другу значения параметров вместе с их описанием. Вместе со значением по OPC UA приходят единица измерения, признак достоверности и метка времени, а сам обмен может быть подписан и зашифрован. Стандарт развивает международный отраслевой консорциум, он опубликован как международный стандарт МЭК 62541. Он не привязан к одной операционной системе и одному производителю, поэтому его используют там, где нужно связать между собой разнородные системы.

Как устроен OPC UA

Обмен строится по схеме клиент и сервер. Сервер OPC UA работает в контроллере, шлюзе или программе верхнего уровня и публикует данные. Клиент подключается к серверу, читает значения, подписывается на их изменения, а при наличии прав записывает команды и вызывает функции.

• Транспорт. Основной вариант работает поверх TCP/⁠IP в локальной сети, предусмотрен и обмен через веб-⁠протоколы.
• Подписка. Клиент не обязан опрашивать сервер по кругу: сервер сам сообщает об изменении значения, это снижает нагрузку на сеть.
• Публикация и подписка. В новых редакциях стандарта появился режим, в котором источник рассылает данные многим получателям без отдельного соединения с каждым.

Модель данных

Главное отличие OPC UA от простых промышленных протоколов в том, что он передаёт не только числа, но и их смысл. Всё, что сервер готов отдать, описано в адресном пространстве: дереве узлов, где есть объекты (например, насос или узел учёта), переменные (давление, расход, состояние) и методы (команды).

У каждой переменной кроме значения есть тип данных, единица измерения, диапазон, признак качества и время. Узлы связаны между собой ссылками, поэтому клиент может пройти по структуре и сам понять, что перед ним: «котёл 2, температура на выходе, градусы Цельсия, значение достоверно». Для отраслей разработаны готовые типовые модели, которые описывают оборудование одинаково у разных производителей.

Чем OPC UA отличается от классического OPC DA

Классический OPC появился раньше и был построен на технологиях одной операционной системы. Из этого семейства на объектах чаще всего встречается OPC DA (доступ к текущим данным).

Многие действующие системы до сих пор отдают данные по OPC DA. Для связи с ними применяют шлюзы, которые переводят классический OPC в OPC UA.

Безопасность

Безопасность в OPC UA заложена в сам стандарт, а не добавлена сверху. Приложения при подключении предъявляют друг другу цифровые сертификаты, и сервер принимает только доверенных клиентов. Сообщения можно подписывать, чтобы исключить подмену, и шифровать, чтобы их нельзя было прочитать при перехвате. Отдельно проверяется пользователь: по имени и паролю или по сертификату, и ему выдаются права на чтение и запись конкретных узлов. Насколько строгими будут эти настройки на объекте, решает проект, и для промышленных сетей эту часть согласуют со службой информационной безопасности.

Где применяется и как связан с Modbus и МЭК 104

• SCADA и диспетчеризация. SCADA получает данные от контроллеров и шлюзов по OPC UA, а пункты диспетчеризации собирают объекты разных подрядчиков в одну систему.
• MES и учётные системы. Производственные и учётные системы верхнего уровня берут из SCADA показатели выпуска, расхода и состояния оборудования.
• Обмен между системами. OPC UA служит общим языком, когда на предприятии работают системы разных производителей.

Modbus решает более простую задачу: передаёт содержимое регистров по адресам, а что лежит в регистре, описано только в документации прибора. Поэтому на нижнем уровне приборы и датчики часто опрашиваются по Modbus, а уже контроллер или шлюз публикует собранные данные по OPC UA с понятной структурой. Протокол МЭК 60870-⁠5-⁠104 распространён в электроэнергетике и телемеханике подстанций. Он передаёт телеизмерения и телесигналы с метками времени, но не несёт модели данных такого уровня. На стыке энергетики и производства одни и те же значения нередко доступны по обоим протоколам через шлюз.

По сути, все три стандарта отвечают на разные вопросы одного протокола обмена: Modbus про простой опрос приборов, МЭК 104 про телеметрию энергообъектов, OPC UA про обмен структурированными данными между системами.

OPC UA и замена иностранных систем

Частый сценарий связан с заменой программ ушедших производителей. Если SCADA или сервер OPC иностранного разработчика больше не поддерживается, программный уровень переводят на решения из реестра российского ПО поэтапно, без остановки учёта. Подробнее о подходе в разделе импортозамещения систем учёта и в статье об импортозамещении систем мониторинга.

Вопросы и ответы

OPC UA это протокол или стандарт?

Стандарт, который включает и протокол передачи, и модель данных, и правила безопасности. В обиходе его называют протоколом OPC UA, и это допустимо.

Можно ли подключить прибор учёта напрямую по OPC UA?

Приборы учёта со встроенным сервером OPC UA встречаются редко. Обычно счётчики опрашиваются по своему протоколу, а OPC UA появляется на уровне контроллера, шлюза или SCADA.

Чем OPC UA лучше Modbus?

Не лучше, а для другой задачи. Modbus прост и подходит для опроса приборов, OPC UA удобен для обмена структурированными данными между системами и требует больше ресурсов.

Нужно ли менять систему, если у неё только OPC DA?

Не обязательно. Шлюз из OPC DA в OPC UA позволяет связать старую систему с новой, а замену планируют отдельно.