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摘要：
本文介紹了OPC UA和Microsoft .NET的技術特點、技術背景和兩者之間的關系；同時基于未來組態(tài)軟件的技術特點和發(fā)展方向，介紹了兩者在組態(tài)軟件中的應用及其重要性。最后指出，OPC UA與.NET都順應了自動化行業(yè)構建大系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，為實現(xiàn)企業(yè)監(jiān)控管信息一體化奠定了技術基礎，采用OPC UA和.NET技術是組態(tài)軟件發(fā)展的必然。
正文：
來自生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)是工廠自動化和信息化建設的基礎。工廠中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責從各種控制器、儀表和控制系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)、并把這些數(shù)據(jù)傳遞和共享給其它需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)消費系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)間需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換協(xié)議才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。
應用軟件之間有多種多樣的數(shù)據(jù)交換方式，如通過中間數(shù)據(jù)文件、中間數(shù)據(jù)庫、共享內(nèi)存等中間環(huán)節(jié)交換數(shù)據(jù)，應用程序間也可以通過約定的方式和協(xié)議直接通信，如通過DDE、COM、DCOM、OLE接口和網(wǎng)絡通信接口等。
OPC是OPC基金會在微軟Windows的OLE技術基礎上發(fā)展的一種數(shù)據(jù)交換方法，其目的就是通過一個統(tǒng)一的接口實現(xiàn)不同廠商的軟件產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交換。經(jīng)過多年的發(fā)展，OPC組織發(fā)展了OPC DA（數(shù)據(jù)采集）、OPC Alarms&Events（報警和事件）、OPC HDA（歷史數(shù)據(jù)）、Batch（批次）、Security（安全）等技術，OPC DA在自動化行業(yè)得到了廣泛的應用。
隨著自動化和信息化的快速發(fā)展，用戶系統(tǒng)日益復雜，系統(tǒng)規(guī)模日益擴大，用戶希望把從工廠底層的設備信息到高層的企業(yè)決策信息都能夠有效地集成和整合，在工廠各種各樣的自動化和信息化系統(tǒng)都能夠有效利用自己所需要的有價值信息。 充分的信息和共享是工廠自動化的基礎，信息孤島的打破是提高工廠綜合生產(chǎn)效率的前提，因此用戶對數(shù)據(jù)的交互和共享的要求越來越高，數(shù)據(jù)和交換的核心地位越來越凸顯。傳統(tǒng)的OPC技術逐漸顯示出其不夠靈活，安全機制不足，平臺局限、實現(xiàn)和使用過于復雜等諸多弱點，因此OPC基金會在2006年推出OPC UA這一全新的統(tǒng)一架構來取代OPC DA技術。OPC UA徹底拋棄了過時的COM和DCOM技術，和OPC DA相比，OPC UA是一個巨大的進步，OPC UA不再局限于Windows系統(tǒng)，而是跨平臺的技術標準，面向未來的網(wǎng)絡計算時代，是以SOA、WebService為核心的理想數(shù)據(jù)交換技術。
1、 OPC UA
OPC UA（OPC Unified Architecture）指OPC統(tǒng)一體系架構，是OPC的最新發(fā)展，是一種基于服務的跨越平臺的解決方案。
與OPC DA標準相比，OPC UA是跨平臺的，提供更高的可靠性、安全性和數(shù)據(jù)集成，能顯著改進企業(yè)信息的連通性。
OPC UA有以下特點：
�。�1）擴展了OPC的應用平臺，把過去只在Windows平臺上的OPC技術拓展到Linux和Unix平臺。開放的基于Internet的WebService的服務架構（SOA）和基于Internet的異常靈活的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，為構建跨地域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了有力的技術支撐�；贠PC UA標準的產(chǎn)品可更好地實現(xiàn)工廠級的數(shù)據(jù)采集和管理，從PLC、DCS等現(xiàn)場設備，到HMI、SCADA，再到生產(chǎn)制造系統(tǒng)，再到企業(yè)上層管理軟件，都可以通過OPC UA標準，統(tǒng)一進行溝通。
�。�2）OPC UA標準使產(chǎn)品的開發(fā)和使用更為簡單。OPC標準促進了工廠自動化系統(tǒng)和信息化管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互操作能力，避免了非標準數(shù)據(jù)接口的復雜性。OPC UA產(chǎn)品的開發(fā)比非OPC產(chǎn)品更為容易，因此越來越多的廠商開始開發(fā)基于OPC UA的服務器和客戶端應用。
�。�3）OPC UA定義了統(tǒng)一數(shù)據(jù)和服務模型。包括：代表結構、行為和語義的信息模型、使應用程序相互作用的消息模型、在終端之間傳輸數(shù)據(jù)的通信模型和保證系統(tǒng)之間實現(xiàn)互操作性的一致性模型。這些統(tǒng)一的模型使數(shù)據(jù)組織更為靈活，可以實現(xiàn)報警與事件、數(shù)據(jù)存取、歷史數(shù)據(jù)存取、控制命令、復雜數(shù)據(jù)的交互通信�！�
�。�4）OPC UA支持查詢和通知服務，服務消息可以是二進制的,也可以是XML的，這意味著OPC UA不僅僅適于設備層、自動化層到信息化層的數(shù)據(jù)交換，還可以透過Internet實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)交換，能滿足自動化工廠所有層面數(shù)據(jù)交換的需要.
（5）OPC UA比OPC DA更安全。OPC UA傳遞的數(shù)據(jù)是可以加密的，并對通信連接和數(shù)據(jù)本身都可以實現(xiàn)安全控制。新的安全模型保證了數(shù)據(jù)從原始設備到MES,ERP系統(tǒng),從本地到遠程的各級自動化和信息化系統(tǒng)的可靠傳遞。
總之，數(shù)據(jù)及其交互已逐漸成為自動化和信息化系統(tǒng)應用的核心，自動化系統(tǒng)將向大型化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，數(shù)據(jù)整合也將向最底層的設備à控制層à最上層的決策管理層的方向延伸。OPC UA是一種能很好的滿足這種數(shù)據(jù)交換要求的技術。OPC UA的出現(xiàn)是新時代自動化系統(tǒng)的需要，是Internet的重要性在自動化系統(tǒng)中越來越加強的產(chǎn)物，是用戶需要統(tǒng)一、簡化而易用的數(shù)據(jù)采集和交換技術的必然，是網(wǎng)絡計算、云計算時代的SOA、WebService等新技術在工廠信息化建設中應用的必然，它符合未來自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
如果說OPC UA是網(wǎng)絡計算、云計算時代的一種基于SOA、WebService的新的理想的數(shù)據(jù)采集技術，那么.NET就是新一代自動化和信息化軟件的理想開發(fā)和運行平臺。OPC UA作為數(shù)據(jù)交換技術和.NET作為軟件的開發(fā)和運行平臺，在思想上如出一轍，在面向未來，無縫構建強大、統(tǒng)一、安全的自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)方面，OPC UA與.NET可以說是不謀而合。
九思易自動化軟件的易控(INSPEC)組態(tài)軟件完全基于.NET平臺，全面支持OPC標準。下一代產(chǎn)品將全面支持OPC UA標準，將繼續(xù)通過應用Microsoft .NET，基于SOA和Web Services的數(shù)據(jù)采集方案，提供一個公共的、集成的、安全的數(shù)據(jù)模型和設備通訊環(huán)境，從而實現(xiàn)整個工廠層面的自動化和信息化管理。
2、 .NET平臺
Microsoft . NET是Microsoft耗巨資多年悉心研究于2002年全球同步推出的新一代操作平臺。早期的.NET作為用戶選擇安裝的選件外掛在Windows (98,2000,XP)系統(tǒng)，從Windows Vista開始，在Windows 7和未來的Windows系統(tǒng)中，.NET系統(tǒng)將內(nèi)置于Windows系統(tǒng)之中，,成為Windows操作系統(tǒng)的重要構成部分.
.NET是網(wǎng)絡時代所需要的新一代計算平臺, 它改變了傳統(tǒng)的計算機計算模式，取而代之以網(wǎng)絡計算模式。.NET技術的核心就是以”網(wǎng)絡計算”取代”計算機計算”，突破了“軟件運行于計算機”的概念，將軟件的運行革命性的擴展到網(wǎng)絡范圍，可以說真正的.NET時代的軟件是運行于“計算機網(wǎng)絡”的。
.NET功能強大而統(tǒng)一，易于構建和運行具有全新客戶體驗的各種各樣的功能的強大應用。基于.NET平臺開發(fā)的應用軟件，具有許多基于Windows API的軟件所不具有的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在以下方面：
�。�1） 網(wǎng)絡化的計算平臺，基于XML、基于組件、基于服務、基于協(xié)同的理念和大量現(xiàn)有的程序代碼可以實現(xiàn)使用傳統(tǒng)技術難以實現(xiàn)的功能。能以更少的時間解決更大和更復雜的應用系統(tǒng)。網(wǎng)絡化大型應用解決方案是自動化軟件未來發(fā)展的重要方向。
�。�2） .NET在Windows系統(tǒng)中的地位越來越重要。從早期作為外掛選件到目前內(nèi)置于Vista和Windows 7等所有Windows系統(tǒng)，這充分表明.NET是未來Windows的重要組成部分。Windows系統(tǒng)中大量新的技術都以.NET的形式出現(xiàn)，而且這些技術呈現(xiàn)跨平臺的趨勢， 未來在Unix\Linux\Solaris\Mac OS等其它操作系統(tǒng)上運行。
�。�3） 更加穩(wěn)定可靠和安全。.NET應用軟件能有效避免傳統(tǒng)Windows程序常見的指針問題引起的內(nèi)存泄露、DLL噩夢、注冊表依賴以及編程接口不一致引起的問題。.NET程序具有自動垃圾回收功能,統(tǒng)一而簡潔的編程接口技術等都能顯著提高軟件的穩(wěn)定可靠性. 增強的代碼安全機制比簡單的用戶安全機制更可靠。
�。�4） 大量成熟可用的技術和功能代碼，易于快速開發(fā)穩(wěn)定可靠的應用軟件(RAD)。WCF實現(xiàn)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信框架，WPF實現(xiàn)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)展現(xiàn)框架。.
�。�5） 擴展性更好，發(fā)展?jié)摿o可比擬。
可見，.NET是新一代自動化和信息化軟件的理想開發(fā)和運行平臺，OPC UA則是新一代數(shù)據(jù)交換的理想技術。 .NET作為強大和統(tǒng)一的網(wǎng)絡化計算平臺，其面向服務的思想體系、面向網(wǎng)絡實現(xiàn)大型和復雜系統(tǒng)應用的思想，都和OPC UA的跨平臺和統(tǒng)一架構的思想不謀而合。也可以說OPC UA是.NET作為操作平臺的思想在數(shù)據(jù)采集、交互和共享方面的一種體現(xiàn)，自然在.NET平臺上開發(fā)和實現(xiàn)OPC UA就更為簡單。
對于自動化和信息化系統(tǒng)而言，無論是.NET還是OPC UA都具有十分重大的意義，所以，組態(tài)軟件作為自動化和信息化建設中的一種重要分支產(chǎn)品，基于.NET平臺和全面支持OPC UA將是其發(fā)展的必然趨勢。
3、 組態(tài)軟件發(fā)展
自動化行業(yè)的不斷發(fā)展，對組態(tài)軟件的應用和功能提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在以下方面：
(1) 組態(tài)軟件的發(fā)展全面進入網(wǎng)絡計算新時代；.NET、SOA、SaaS、WebService等技術和理念將被大量采用。新一代組態(tài)軟件將是以網(wǎng)絡為中心，以.NET為技術基礎。未來的組態(tài)軟件應該可以方便地構建可伸縮的網(wǎng)絡分布式系統(tǒng)，通過協(xié)作和負荷分布來解決大型監(jiān)控系統(tǒng)的需要，也可以靈活的選擇整體系統(tǒng)的架構，實現(xiàn)復雜的監(jiān)控系統(tǒng)方案。其中以網(wǎng)絡為中心、以XML、網(wǎng)絡服務為核心，實現(xiàn)網(wǎng)絡化計算機的協(xié)同是未來組態(tài)軟件的最重要發(fā)展方向。
從下圖可以清晰地看出自動化軟件發(fā)展的三個時代：
(2) 最新IT、通信、 控制技術大量采用。自動化軟件和辦公軟件、ERP軟件等的信息集成度會進一步提高，自動化軟件系統(tǒng)和“人的大腦系統(tǒng)”將更易于連接。
(3) 大系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)和高可靠性�？煽啃允亲詣踊到y(tǒng)的根本，系統(tǒng)的可靠性一般隨著系統(tǒng)的復雜變得脆弱，隨著監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的擴大，對系統(tǒng)可靠性的要求是前所未來有的。
(4) 用戶從自動化軟件中獲取信息的方式和手段將更加方便、靈活、安全和多樣化，用戶體驗將得到全面提升，Internet將成為網(wǎng)絡的基本部分，桌面人機界面和因特網(wǎng)界面，即B/S、C/S的界限將消除，圖形的品質、無級縮放、3D等虛擬現(xiàn)實的動畫表現(xiàn)力會得到現(xiàn)實應用。
(5) 對軟件的開放性和互聯(lián)能力要求大幅度提高。采用開放和標準化的技術將成為潮流，開放的軟件接口是用戶的要求，也是軟件適應力和生命力的重要保證。
(6) 組態(tài)軟件的傳統(tǒng)功能要求更加精細和專業(yè)，功能呈現(xiàn)組件化趨勢，針對不同行業(yè)的不同功能通過功能組件的專業(yè)細分而不是整個軟件的定制來解決；
(7) 軟件的國際化視角將成為必然，有眼光的軟件都會站在全球化的角度來對待自己的產(chǎn)品，提供多種語言的支持。
(8) 對軟件的易用性要求大幅度提高，以適應信息爆炸時代用戶在學習、掌握和實施新的知識產(chǎn)品的快速要求。
組態(tài)軟件經(jīng)過二十多年的發(fā)展, 目前正在實現(xiàn)從“第二代”到“第三代”的跨越和革命. 一個真正的“以網(wǎng)絡取代計算機”的、系統(tǒng)規(guī)模更大的、效率更高的、 傳統(tǒng)功能更為精細，模塊化、組件化、基于服務和協(xié)同理念的新型組態(tài)軟件時代正在到來。
4、總結
自動化系統(tǒng)的飛速發(fā)展對組態(tài)軟件提出了更復雜的要求，如何應對大系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)的監(jiān)控挑戰(zhàn)，是組態(tài)軟件的重要研究課題。
綜上所述，OPC UA與.NET的高開放性和跨平臺等技術思想，順應了自動化行業(yè)的發(fā)展趨勢，為實現(xiàn)企業(yè)監(jiān)控管信息一體化奠定了技術基礎，采用OPC UA和.NET技術是組態(tài)軟件發(fā)展的必然。
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