基于OPC UA及OPC DA協議實現的ABB服務器與客戶端的數據傳輸

連磊

[摘? ? 要]散貨工業自動化堆取料控制系統中，最終客戶端需要能夠連接多臺設備，對多個服務器進行數據的監控，轉儲;現場使用的AC800M系列PLC，通過使用ABB組態軟件OPC SERVER FOR AC800M_5.1能夠實現客戶端與服務器間兩臺計算機間的OPC數據訪問連接，但其僅能實現單對單的連接，無法滿足現場一臺客戶端計算機讀取多臺服務器端計算機和工控PLC間的數據需求。如何通過OPC DA 協議將服務器計算機上的監控數據轉存到OPC UA協議計算機服務器上，以及客戶端計算機如何進行遠程訪問OPC UA計算機服務器上的數據，從而實現多對多的數據訪問傳輸，以及借此方式如何通過上位機通訊組態以達到中控遠程操作時能夠對設備當前狀態進行實時的監控和遠程的控制。

[關鍵詞]ABB;OPC UA服務器;OPC DA服務器;PLC;工業系統;上位機

[中圖分類號]U673.3 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–03

Data Transmission between ABB server and Client?Based on OPC UA and OPC DA Protocol

Lian Lei

[Abstract]In the bulk cargo industrial automation stacking and reclaiming control system， the final client needs to be able to connect multiple devices to monitor and dump data on multiple servers; the AC800M series PLC used on site， through the use of ABB configuration software OPC SERVER FOR AC800M_5.1 can realize the OPC data access connection between the two computers between the client and the server， but it can only realize a one-to-one connection， which cannot meet the requirements of a client computer to read multiple server-side computers and industrial control on site Data requirements between PLCs. How to transfer the monitoring data on the server computer to the OPC UA protocol computer server through the OPC DA protocol and how the client computer remotely access the data on the OPC UA computer server， so as to realize the many-to-many data access transmission and use this How to achieve real-time monitoring and remote control of the current state of the equipment through the communication configuration of the upper computer to achieve the remote operation of the central control.

[Keywords]ABB; OPC UA server; OPC DA server; PLC; industrial system; host computer

1 概述

無人散貨碼頭和自動化作業趨勢，在當前時代潮流中愈演愈烈。為使中控操作站能夠有效地對現場設備進行數據采集、參數調整、歷史數據和故障查詢、進行數據備份，需要一種通訊方式，解決中控操作站與多個現場設備間的通訊問題?？紤]到散貨碼頭現場取料機、堆料機、卸船機等作業設備采用的工控PLC以AC800M系列居多的情況，本文針對如何使用KEPSERVER、ABB OPC SERVER以及CIMPLICITY等軟件，利用OPC DA、OPC UA通訊協議，實現客戶端計算機讀取多臺服務器端計算機數據的通訊方式和上位機監控方式，做以下分析。

2 OPC DA及OPC UA技術簡介

伴隨著工業信息技術的快速發展，傳統工業控制系統中不同廠家的非標準通信方式導致系統的可靠性、穩定性及擴展性較差，不利于系統的后期拓展及維護，阻礙了工控行業的自動化、智能化發展。為了解決軟硬件設備之間的數據接口問題，OPC技術隨之產生。它將OPC客戶端與服務器在物理上分開，減少硬件制造商和軟件開發商之間的依賴，極大地提高了雙方的工作效率有效解決了工控行業復雜驅動程序造成的數據接口問題，減少資源浪費，提升通信質量等。

OPC的全稱是OLE for Process Control，即是用于過程控制的OLE，它是針對現場控制系統的一個工業標準接口，是工業自動化控制和生產自動化領域中使用的最為廣泛的硬件與軟件的基本接口標準。其是基于微軟的OLE（現在的Active X）、COM （控件對象模型）和DCOM （分布式控件對象模型）接口技術，自動化應用中使用的一整套接口、屬性和方法的標準集在OPC技術中均有包括，其常常在過程控制和制造業自動化系統中有大量使用。OPC接口技術保證了工業自動化系統中獨立單元之間標準化的互聯互通，順應了自動化系統向開放、互操作、網絡化、標準化方向發展的趨勢。

OPC接口協議，是以OPC基金組織規定的OPC規范群為基礎開發的軟件驅動協議。它負責作為中間通道從數據源（服務器）讀取數據，然后再同另外一端的客戶端進行交互，完成通信。如圖1所示的客戶端計算機與服務器端計算機的結構圖中，通信的發起端只能是客戶端，服務器被動響應?？蛻舳伺c服務器間的通訊是雙向的，客戶端不僅可以在服務器中隨時讀出數據，也能夠隨時地向服務中寫入數據，修改參數，從而實現對遠程設備的實時監測和控制。

OPC DA協議是一種OPC數據訪問規范，是客戶端計算機與服務器端計算機間實現數據交互的通訊協議，使客戶端計算機能夠對服務器中的數據進行實時的讀取和寫入，明確指出了實時數據應該如何在PLC、HMI等數據源和數據接收者在未知彼此間特定通訊協議的狀況下進行數據的交換。OPC DA協議技術在本質上是以微軟的COM和DCOM的技術為基礎的，對于需要在局域網、廣域網及以太網上的不同對象的計算機上進行遠程OPC服務器計算機的訪問需要進行DCOM的配置，以實現COM的對象擴展至網絡。DCOM的配置與操作系統的安全體系緊密相關，然而不同版本操作系統的安全體系又或多或少的有所差別。此外，不同的OPC服務器運行的方式也不盡相同，并且不同的操作應用系統對系統的安全性能的要求也不盡相同。系統與系統和服務器與服務器間的細微差別往往導致了DCOM配置繁瑣并且復雜，使兩者間無法建立有效的遠程訪問連接。

為有效地將現有的OPC規范 （DA、A&E、HDA、命令、復雜數據和對象類型） 集成進來，需要新的協議來進行統籌，借此OPC UA協議成為了現在的新的OPC協議規范。 OPC UA協議提供了一致、完整的地址空間和服務模型，解決了過去同一系統的信息不能以統一方式被訪問的問題。新的OPC UA協議規范不再以微軟的COM和DCOM技術為基礎，借此不同版本的Windows操作系統間的連接以及不同Linux操作系統包括其他的嵌入式平臺的計算機間均能夠通過OPC UA協議規范實現數據交互，進行通信訪問。OPC UA協議不是OPC DA協議的替代品，而是在現有的OPC DA協議架構的基礎上進行了補充和增強。通過系統管理員開放后的任何單一端口進行通信，以實現跨越防火墻和VPN的路障的目標，從而達到安全訪問連接的目的，進而有效地將多個OPC DA協議的數據源聚合到工業系統中，提高了傳輸性能。

3 服務器與客戶端總成

隨著OPC UA通訊協議技術的廣泛應用，工業系統中OPC DA通訊協議和OPC UA通訊協議無法相互兼容的問題越來越突出。然而OPC UA通訊協議最明顯的優勢就是實現多平臺的通訊跨接，大量減少OPC DA通訊過程中，DCOM的煩惱配置工作。但是在一些老舊項目中，新型的OPC UA通訊協議規范無法得到兼容，為此，便需要使用中間插件來實現以OPC DA通訊協議為基礎的數據源到以OPC UA通訊協議為基礎的數據源的轉換操作的目的。

針對散貨碼頭工控PLC以及HMI設備的使用情況，以KEPSERVER V5作為通訊軟件基礎，實現OPC DA通訊協數據源到OPC UA通訊數據源的轉換操作。在遠程計算機上生成OPC UA協議客戶端，在本地PLC 組態用計算機上生成OPC UA協議服務器和OPC DA協議客戶端。服務器及客戶端的整體架構如圖2所示。KEP OPC 軟件還能夠快速有效地建立起同物聯網平臺上的MQTT代理服務器和數據庫間的穩定數據訪問連接，作為一個高性能的中間運行插件，在工業系統領域中起到數據橋梁和紐帶的作用，為用戶實現了數據的快速采集和接入，并且能夠連續穩定運行。通過OPC協議，進行數據采集操作，從而實現物聯網終端平臺的深度邊緣計算，可以為智能制造、醫療制藥、智能家居、能源化工等行業提供生產數據的實時交換、實時控制、歷史數據存儲，為工業互聯網平臺的大數據分析和應用提供基礎數據和分析服務的基礎設施。

3.1 客戶端計算機

于中控計算機上，使用KEPSERVER軟件生成UA協議客戶端，將每臺設備上UA服務器導出的安全證書轉存導入中控客戶端計算機，完成中控客戶端對設UA服務器的訪問通道的建立。

（1）通過KEPSERVER軟件，打開OPC UA Configuration Manager，在Trusted Servers配置項中，導入單機UA服務器的數字證書。

（2）打開OPC UA Configuration Manager，在Trusted Clients配置項中，導出中控UA客戶端數字證書。如圖3所示。

3.2 服務端計算機

散貨碼頭現場使用的單機PLC大都為ABB AC800M系列的工控PLC，其本身支持OPC DA協議的通訊，并自帶OPC DA服務器。針對此情況，需將OPC DA的數據源轉儲為OPC UA的數據源，并啟用OPC UA服務器。

3.2.1 DA與UA協議數據源轉換存儲

（1）打開ABB OPC SERVER 軟件，首先與PLC建立連接機制;借此對單機PLC中的數據進行實時采集，生成OPC DA數據源。

（2）同一服務器上，使用KEPSERVER軟件，通過OPC DA CLIENT通訊協議，將以OPC UA協議為基礎的數據源和以OPC DA協議為基礎的數據源建立連接訪問機制，將OPC DA服務器上的數據源轉存至OPC UA服務器上，借此完成數據集的采集。

3.2.2 OPC UA服務器啟用及安全端口建立

（1）打開OPC UA Configuration Manager，在Server Endpoints配置項中，完成單機設備上OPC UA服務器的啟用，每個服務器的地址以計算機的IP和TCP端口號為基礎。如圖4所示。

（2）打開KEPSERVER EX settings配置，在configure一欄中，進行遠程連接訪問許可確認，并選擇遠程訪問的通道。

（3）在操作系統防火墻中，進行新建入站規則，添加OPC UA服務器允許通過的遠程訪問時的TCP端口。

（4）打開OPC UA Configuration Manager，Instance Certificates的配置項中，將單機UA服務器數字證書導出。

（5）打開OPC UA Configuration Manager，在Trusted Clients配置項中，將中控UA客戶端數字證書導入，完成數字憑證的交換。

3.3 OPC協議數據讀取及寫入

使用OPC UA CLIENT協議在建立的OPC UA客戶端計算機上遠程訪問讀取OPC UA服務器計算機上的數據源。

（1）打開KEPSERVER軟件，建立OPC UA CLIENT通訊協議通道，讀取遠程服務器上UA協議數據源;輸入UA服務器站點。UA服務器站點格式：OPC.TCP//服務器地址（IP）：端口號。

（2）完成OPC UA協議通道的建立后，建立需要遠程通信的設備，進而將UA服務器上數據源導入UA客戶端計算機，供用戶使用。

4 結束語

根據散貨碼頭現場情況的測試，此方案具有可行性，在保證硬件網絡暢通無阻的情況下，通訊方式穩定，并且服務器與客戶端計算機間的響應速度較好?？紤]到散貨碼頭現場存在人為斷電、事故斷電以及客戶端和服務器計算機關機的情況，需要將客戶端計算機和服務器計算機以及建立通訊所需的相關軟件設置為上電自啟的方式，避免因掉電情況而產生的通訊故障。在完成一系列的系統配置后，一臺客戶端計算機就可以從多臺服務器端計算機和工控PLC間讀取所需的監控數據、進行數據轉存以及發送客戶端的控制信號。使用此方法，使通訊系統搭建所需的配置操作更為簡單快捷，且其通訊情況穩定、通訊響應速度快，大大減少了因通訊丟失、通訊故障而發生的重大安全事故，保證了中控遠程操作時的通訊安全性和實時性，使得中控在進行遠程操作重大設備的時候，能夠平穩而有序地進行生產作業。

參考文獻

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