通信OPC(Open Platform Communications)是一种用于工业自动化的通信标准，它允许设备制造商(特别是PLC)遵从这一标准，从而使得实时数据可以提供给OPC Server。OPC全称为OLE for Process Control，即用于过程控制的OLE，是基于微软的OLE (现在的Active X)、COM (部件对象模型)和DCOM (分布式部件对象模型)技术的一种工业通讯协议的标准。此外，OPC基金会负责该标准的开发和维护。因此，通信OPC是一种旨在实现工业自动化领域中不同制造商设备和系统之间数据交换的互操作性标准。
一、 通信OPC的历史发展和演变是什么?
通信OPC(开放平台通信)的历史发展和演变可以概括为以下几个阶段：
- OPC的诞生：OPC技术起源于1995年，由Microsoft和3个工业自动化系统供应商共同创立了OPC Foundation组织。这一时期，OPC旨在解决计算机系统与工业控制设备之间的通信问题。
- 经典OPC(Classic OPC)：在OPC的发展过程中，最初的标准被称为简单OPC规范，现在通常称为数据访问规范。这个标准是基于微软的组件对象模型(COM)技术，由一组全球领先的自动化供应商与微软合作开发。随后，这个规范被重新命名为经典OPC(Classic OPC)。
- OPC UA(统一架构)：为了进一步提高通信效率和安全性，OPC UA作为OPC技术的一个重要分支被提出。OPC UA不仅继承了经典OPC的优点，还引入了更多的功能，如支持Web服务、提高数据处理能力等。OPC UA的目标是实现更广泛的设备兼容性和更好的互操作性。
- 跨平台通信：随着技术的发展，OPC开始支持跨平台通信。2003年，OPC基金会发布了OPC XML-DA规范，这是第一次展示了一种独立于Windows平台的方式，以及克服DCOM限制的方法。这标志着OPC技术向网络化、标准化迈进了一大步。
OPC的历史发展经历了从解决特定通信问题到支持跨平台通信的转变，不断演进以适应工业自动化领域的需求。从最初的简单OPC规范到后来的OPC UA，再到支持Web服务的OPC XML-DA规范，OPC技术的发展体现了对效率、安全性和兼容性的持续追求。
二、 OPC标准在工业自动化中的应用案例有哪些?
OPC标准在工业自动化中的应用案例包括但不限于以下几个方面：
- 安全生产系统的集成：通过使用OPC UA，可以开放式地包容多家供应商的安全生产系统，实现不同系统之间的互联互通。这种应用已经开始在现场有所应用，涉及到PLC、控制器等世界主要的工业控制设备。
- 企业综合自动化系统：在一个大型化肥厂的应用实例中，企业综合自动化系统由基础自动化系统、大型实时数据库和关系数据库系统三部分组成，展示了OPC技术在实现数据通信和集成方面的应用。
- 解决基于DCOM的OPC Classic通信难题：通过使用dataFEED OPC Tunnel，解决了基于COM技术的OPC Classic在工业控制系统中的数据通信和集成问题。
- 工业监控网络：在某炼钢厂内部监控网络中，采用OPC技术开发的企业内部监控网络，展示了OPC技术在多种控制网络并存的工业企业中的应用。
- 从OPC Classic升级到OPC UA：这一案例实现了安全高效的数据通信，展示了OPC技术在不同厂商设备和软件之间实现互相通信和数据交换的能力。
- 全球范围内的机器和工厂：OPC技术目前应用在全球1700多万台机器和工厂中，覆盖多个行业，并带来了显著的节省和收益。这表明OPC技术在实际应用中具有广泛的适用性和效益。
这些案例展示了OPC标准在工业自动化领域的广泛应用，从提高生产效率、保障生产安全到促进不同系统间的互联互通，OPC技术都在发挥着重要作用。
三、 如何实现OPC服务器与客户端之间的数据交换?
实现OPC服务器与客户端之间的数据交换，首先需要了解OPC(对象链接和嵌入)通信协议的基本原理和特点。OPC是一种标准化的数据交换机制，它允许不同厂商的设备和系统之间进行数据交换。在工业自动化领域，OPC UA(统一架构)已经成为了一种广泛采用的通信协议，提供了一种标准化、跨平台的通信方式。
具体到实现步骤，可以参考以下几点：
- 指定客户端接口：首先，需要为OPC UA客户端指定一个接口，并为该接口添加要访问的PLC变量和PLC方法。这一步是配置客户端以连接到特定的服务器并获取所需数据的基础。
- 组态与OPC UA服务器的连接：接下来，需要配置OPC UA客户端与OPC UA服务器之间的连接。这包括设置通信参数，如IP地址、端口号等，以及可能的安全配置，如使用TLS/SSL加密通信。
- 使用OPC UA客户端指令实现读访问：最后，通过执行OPC UA客户端指令来实现对服务器上数据的读取访问。这通常涉及到发送请求到服务器，并处理返回的数据结果。
在实际应用中，还可以根据需要选择合适的OPC客户端库进行编程实现。市面上存在多种OPC客户端库，如OPC Foundation提供的官方库、第三方库等。此外，对于嵌入式系统中的CPU，也可以通过类似的步骤使用OPC UA客户端与OPC UA服务器进行数据交换。
总之，实现OPC服务器与客户端之间的数据交换，需要明确通信协议的选择(如OPC UA)，正确配置客户端和服务器的连接参数，以及根据具体需求选择合适的客户端库进行编程实现。
四、 OPC基金会是如何维护和更新OPC标准的?
OPC基金会通过多种方式维护和更新OPC标准。首先，OPC基金会负责OPC标准的开发和维护，这些标准包括但不限于OPC DA规范和OPC UA通信标准，它们确保了来自多个厂商的设备之间信息的无缝传输。OPC基金会通过成立工作组来具体实施这些任务，例如合规工作组(CWG)负责分析OPC规范以确定如何测试产品的合规性，并持续更新和增强合规性测试工具。此外，OPC基金会还推出了新的工作组，如为OPC UA Field eXchange开发I/O设备配置文件的工作组，这表明OPC基金会不断引入新的工作小组来满足工业自动化领域的需求。
OPC基金会的这一系列行动体现了其对OPC标准维护和更新的承诺，旨在确保OPC标准能够反映最新的科技进展和客户要求，从而指导OPC客户端和服务器的开发做出及时调整。通过这种方式，OPC基金会确保了OPC标准在自动化行业及其他行业中的互操作性和数据安全交换的能力。
五、 在当前的技术环境中，OPC与其他通信协议(如 OPC UA)相比有何优势和劣势?
在当前的技术环境中，OPC与其他通信协议(如OPC UA)相比具有以下优势和劣势：
优势：
- OPC UA提供了基于网络的通信，支持多种传输协议(如TCP/IP、HTTP等)，并提供数据模型和安全机制，这使得OPC UA比OPC DA更加灵活，并可以处理更复杂的数据类型和场景，如历史数据存储、安全认证和权限管理等。
- OPC UA over MQTT协议将OPC UA和MQTT协议的优势融合在一起，实现了高效的通信、标准化的数据建模和互操作性，是工业和物联网应用的理想选择。通过利用MQTT的轻量级特性和发布-订阅架构，同时保留OPC UA强大的数据表示和标准化服务。
- OPC UA技术使得所有需要的信息可随时随地到达每个授权应用和每个授权人员，具有与平台无关、为未来的先进系统做好准备、配置和维护更加方便以及基于服务的技术等优势。
劣势：
- 尽管OPC UA提供了许多先进的功能和改进，但这些特性可能会增加系统的复杂性和学习曲线，对于一些简单的应用场景或小型企业来说，可能需要额外的时间和资源来适应这些新特性。
- 由于OPC UA的设计目标包括功能等价和多平台支持，这意味着它可能需要更多的硬件资源和计算能力来实现其高级功能，尤其是在处理大量数据或进行复杂计算时。
OPC UA相比于传统的OPC协议，在安全性、可扩展性、跨平台能力和多功能性方面具有明显的优势，特别是在支持复杂的数据类型和场景处理、实现高效通信和标准化数据建模方面表现出色。然而，这些优势也可能伴随着更高的系统复杂性和对资源的需求。
