OPC UA協議在IOT領域的應用

倪敬洋

【關鍵詞】0PC UA協議;以太網;I0T領域

一、引言

在IOT領域中，隨著OPC UA協議的應用。使其通信協議在傳統基礎上實現了進一步的革新。通過該協議的應用，不僅實現了通信傳輸效率與質量的顯著提升。同時也進一步提升了通信傳輸的安全性和穩定性。因此，在IOT領域的發展中，技術人員一定要加強OPC UA協議的研究，并使其在這一領域中得以合理應用，使其應用價值得以充分發揮，滿足IOT領域的實際發展需求。

二、OPt UA協議概述

OPC UA協議是一種將以太網作為基礎的標準化通信協議，該協議對于各種硬件供應商均適用，且可與各種編程語言相兼容。就結構而言，OPC UA協議屬于一種統一化的體系結構，其應用程序可通過面向對象形式來公開數據結構、方法、變量以及對象的網格網絡。在該協議的具體應用中，可以將客戶機/月艮務器模型為基礎的服務器作為一組公開的標準服務，以此來實現客戶端可見對象的瀏覽，并實現數據讀寫、方法調用或者是數據與事件的閱讀、更改。在OPC協議中，主要包括優化之后的OPC UA二進制協議、Web拂去協議、端到端之間的安全協議以及以HTTPS為基礎的通信協議。OPC協議在IOT領域中的主要應用目標是對具有信息承載功能的元模型進行定義;對信息訪問方面的標準服務進行定義。以及對服務器中各種數據編碼和傳輸協議的調用進行定義，以此來為不同供應商之間的信息傳遞提供一個統一標準。

三、OPt UA協議在IOT領域中的應用分析

（一）OPC UA服務器的搭建

在對OPC UA服務器進行搭建的過程中，僅僅需要輸入幾行代碼就可以進行一個OPC UA月艮務進程的創建，并將其與一個指定端口相綁定。其服務器可借助于多種主流形式的編程語言來實現，比如，在python所進行的IP以及端口號綁定中。就需要進行node對象的添加，而大量的node則可以直接通過xml來進行加載。在啟動了相應的程序之后，服務器就會將一個OPC UA的接收協議發送給網絡，以此來實現URL地址的訪問。

在當今的很多供應商硬件使用過程中，都可以將原來的軟件作為基礎，以此來實現OPC UA月艮務模塊的合理添加，其市場前景非常廣闊。比如，未來的汽車行業正朝著數字化、柔性化以及個性化的方向發展，而通過OPC UA協議的應用，便可以讓小批量客戶的個性化需求得以充分滿足，以此來實現生產者和消費者之間信息數據的暢通傳輸。

（二）OPC UA安全認證機制分析

OPC UA型服務器可以為用戶的匿名訪問提供支持，但是因為這種訪問方式有很大的安全漏洞存在，所以一般會通過登錄用戶以及密碼保護的創建方式來解決其安全問題，以此來實現硬件以及服務器數據安全性的進一步提升。比如，在KUKA機器人的控制器中，其數據保護主要借助于用戶名以及密碼的形式來實現，也就是說，在具體應用中，只有通過了用戶訪問權限才可以使用。在OPC UA型服務器的具體應用中，可以按照三種類型對用戶組進行劃分，第一是匿名用戶組，第二是Observer用戶組，第三是Operator用戶組。

1、用戶權限

在該服務器中，全部的OPC UA變量都允許瀏覽，具體應用中，用戶可借助于URL地址來建立起終端和服務器之間的通信連接，并通過樹狀瀏覽服務器的應用來進行節點標簽發送，這里的節點標簽就是變量標簽。借助于相應的標簽對象，用戶便可實現標簽的變量類型、地址、名稱以及序號等這些重要信息的獲取。也就是說。所有的用戶都具備這一使用權限。

2、Observer用戶權限

在該服務器中，全部的OPC UA變量都允許瀏覽和讀取。在用戶的具體應用中，可將瀏覽節點上的相應標簽權限作為基礎，借助于其地址來進一步實現實時變量數的讀取。比如進行機器人的三坐標、移動速度以及扭矩等的定位。在上位機進行機器人信息的獲取中，傳統方式是報文傳輸，且需要自定義進行報文格式的配置，但是OPC UA協議則給出了一種高效的標準化通用形式的解決方案。借助于該協議。用戶只需將自己的用戶名以及登錄密碼輸入到服務器中便可實現這一權限的獲取。

3、Operator用戶權限

在該服務器中，全部的OPC UA變量都允許讀取和寫入。具體應用中，用戶可以將瀏覽節點位置的標簽權限作為基礎，借助于此類節點標簽地址對實時變量數值做進一步的讀取和寫入，通過這樣的方式，就可以讓上位機實現相應指令的直接發送，以此來實現機器人控制。同時，這種用戶組權限的設置也可以讓產品從訂單到整車制造過程中的數據流保持在一種標準化、低成本的對接狀態，讓IOT領域中的此類問題得以有效解決。具體應用中，用戶只需要將自己的用戶名以及密碼輸入到服務器。即可實現該權限的獲取。

（三）OPC UA在IOT大數據采集中的應用

某汽車企業在進行云計算服務的構建過程中，需要將大型單體設備、焊接、機器人以及PLC等的變量過程接入現場，其中主要包括工藝參數以及控制指令。根據產品質量以及缺陷數據，借助于工業形式的大數據分析，將產線設計以及控制加以科學改進。在現場，主要的設備{wincc上位機、控制器以及siemens，借助于wincc、sinmens中的1500型PLC以及KUKA.OPC UA1.1實現oPC UA服務的直接開通。SCADA配置以及相應的數據采集通過Linux系統網關來完成，讓協議實現MQTT形式的轉換，并上傳給企業云計算中心。

該項目的網絡屬于典型的三層匯聚工業網絡形式，OPC UA月艮務是由不同的供應商所提供的開放數據，各個子網通過vlan進行隔離，邊緣網關主要借助于匯聚層內的交換機來實現與供應商工控子網之間的通信，其通信數據流屬于雙向交互形式。

在本次項目中，共完成了四個不同供應商硬件數據的統一現場采集，實現了OPA UAl辦議到MQTT協議的直接轉換。并將IOTDB對接到了企業的云計算大數據服務器。即使是在不同步的現場硬件時鐘條件下，上位歸檔數據也可以實現實時同步，進而為該企業的大數據建模與分析提供了基礎數據。

四、結束語

綜上所述，OPC UA協議有著非常好的兼容性，通過該協議的應用，可有效提升通信效率、質量與安全。所以。在IOT領域的發展中，技術人員應充分注重OPC UA協議的應用和研究，以此來為IOT領域的發展提供足夠動力。