OPC UA 与 OPC DA：选型指南
Neuron Team
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OPC 协议概述
OPC（Open Platform Communications）协议在工业自动化领域扮演着至关重要的角色，它是设备、控制系统以及应用间通信的核心技术标准。该协议通过为不同厂商的设备和系统提供统一的数据交换方式，显著提升了工业控制系统的互操作性与工作效率。
The OPC standard is divided into Classic and Unified Architecture:
OPC 标准主要分为两大类，分别是经典架构和统一架构：
- OPC 经典规范诞生于 1996 年，基于微软 Windows 技术，使用分布式组件对象模型（COM/DCOM）在软件组件之间交换数据。它包括 OPC DA、OPC AE、OPC HAD 和 OPC DX 等子规范，这些子规范分别提供了过程数据访问、报警事件订阅和历史数据查询的单独定义。
- OPC 统一架构（UA），作为 OPC 经典的继任者，于 2006 年发布。它将各种 OPC 经典子规范的功能集成到一个可扩展的框架中，独立于平台且面向服务。它不再依赖 COM 实现，并在安全性和可扩展性方面更加强大。
OPC UA 和 OPC DA 在互操作性、安全性、功能、性能和兼容性等多个方面有显著差异，这些差异可能会影响生产和管理成本。本文将提供关于 OPC DA 和 OPC UA 的全面指南，帮助读者根据特定的工业需求做出明智的选择，从而有效减少不必要的成本。
深入探索 OPC DA
OPC DA 简介
在 OPC 技术诞生之前，自动化领域缺乏一个用于设备互联的统一标准。各硬件制造商和软件制造商都采用自己的通信协议，这不仅导致了协议的混乱，也使得通信成本上升。
为了促进不同软件和硬件之间的互操作性，OPC 经典应时而生。
OPC DA（Data Access）是 OPC 基金会最初推出的协议标准之一，主要用于实时数据的访问与交换。它基于微软的 COM/DCOM 技术，为工业自动化系统提供了一个统一的通信接口。
OPC DA 支持实时数据的读取、写入、订阅和取消订阅等操作。它采用客户端/服务器架构，使得多个客户端能够同时从服务器获取数据。
它广泛应用于制造、过程控制、能源管理以及石油和天然气、化工、制药和电力等领域。
OPC DA 的优缺点
优点：
- 技术成熟
- 应用广泛
- 易于实施和部署
缺点：
- 依赖 Windows 平台
- 缺乏安全机制
- 数据模型简单
- 对接难度较大
OPC UA 协议解析
OPC UA 简介
OPC UA 是 OPC 基金会在吸取 OPC DA 经验的基础上推出的新一代协议标准。它采用面向服务的架构（SOA），提供了一个与平台无关、安全性高、可扩展性强的通信机制。
OPC UA 相较于 OPC DA，引入了更加丰富的数据模型，支持复杂数据类型和语义描述。它还内置了如认证、授权和加密传输等安全机制。除此之外，OPC UA 还支持 TCP、HTTPS、WebSocket 等多种传输协议。
OPC UA 凭借其卓越的性能和灵活性，已在工业物联网（IIoT）、智能制造、远程设备监控等多个领域得到广泛应用。例如，在智能工厂中，OPC UA 能够实现从生产线设备到更高层级管理系统（如 MES、ERP 等）的无缝数据集成。
OPC UA 的优缺点
优点：
- 平台无关
- 强化的安全特性
- 丰富的信息模型
- 方便对接
缺点：
- 协议相对较为复杂
详细对比
| OPC UA | OPC DA | |
|---|---|---|
| 服务发现 | 支持在本地网络或 Internet 上查找可用的 OPC UA 服务器 | 仅支持在本地网络查找 OPC DA 服务器 |
| 命名空间 | 所有数据以层次化方式表示（类似文件和文件夹），不管简单还是复杂的数据结构， OPC UA 客户端都能够发现并使用 | 提供基础的层次化数据表示支持 |
| 访问控制 | 根据访问权限进行数据/信息的读写 | 支持 |
| 订阅 | 支持 | 支持 |
| 事件 | 支持 | 支持 |
| 方法 | 支持远程方法调用 | 不支持 |
| 跨平台 | 提供良好的跨平台支持，支持主流芯片架构，兼容多种操作系统 | 仅支持 Windows 操作系统 |
| 数据传输 | 定义了多种协议，提供如 OPC 二进制传输或更通用的 SOAP-HTTPS 等多种选择 | 依赖 Windows COM 和 DCOM 传输，编程接口中隐藏了所有传输细节 |
| 会话安全 | 信息以 128 位或 256 位加密级别安全传输；接收和发送信息时的签名必须一致；每个 UA 客户端和服务器都必须通过 OpenSSL 证书进行认证，确保应用程序和系统的连接控制；通过排序机制消除重放攻击；应用程序可以要求用户认证（登录凭证、证书等），并可进一步限制或增强用户的访问权限和查看地址空间的能力；记录用户和/或系统活动，提供访问审计跟踪功能 | 采用 Windows DCOM 会话机制，安全细节被隐藏 |
| 未来前景 | OPC UA 的多层架构设计允许引入创新技术和方法，如新的传输协议、安全算法、编码标准和应用服务，而不会影响现有应用程序 | 微软已宣布停止支持 DCOM 技术，OPC DA 在新版 Windows 操作系统中无法得到可靠支持 |
| 综合信息建模 | 不断引入新功能 | 不支持 |
OPC UA 与 OPC DA 选型
在决定采用 OPC UA 还是 OPC DA 时，您需要考虑以下几个关键因素：
系统平台及兼容性需求
OPC UA 能够适应多种环境和设备，而 OPC DA 的服务器和客户端仅能在 Windows 操作系统上运行。如果您的部署环境较为复杂，那么 OPC UA 将是更优的选择。
数据模型的复杂性及功能需求
OPC UA 提供了强大的业务抽象能力，可以直接将业务逻辑转化为实际的 OPC UA 信息模型，并且易于调整；相比之下，OPC DA 仅提供基于 “服务器/组/标签”的层次结构。对于需要处理复杂业务逻辑的情况，OPC UA 更为合适。
安全性和可靠性要求
OPC DA 需要一个稳定的操作环境，通常是内网环境。如果您的网络环境较为复杂，例如需要通过公共网络传输数据，那么 OPC UA 将是更安全的选择。
可扩展性和未来发展需求
OPC UA 的可扩展性远超 OPC DA，而且随着微软对 COM 技术的支持减少，OPC DA 的未来将受到影响。OPC DA 的设计基于过时的中间件技术思想。因此，对于面向未来的应用，您应该优先考虑 OPC UA。
项目预算和实施时间表
考虑到 OPC UA 的诸多优势，它似乎可以有效降低部署和维护成本。对于预算有限的项目，您可以根据具体情况在 OPC UA 和 OPC DA 之间做出选择。
技术团队的经验和能力
OPC UA 相较于 OPC DA，需要更深入地理解配置和开发的概念，尤其是在会话安全和综合信息建模方面。而 OPC DA 的配置主要集中在 Windows 系统内的设置上。
关于 OPC UA 和 OPC DA 的常见问题解答
OPC UA 能否完全取代 OPC DA？
虽然 OPC UA 是基于 OPC DA 的升级版，但在特定场景下，尤其是对于老旧系统，OPC DA 仍然具有其独特的应用价值。两者可以并存，相互补充。
实施 OPC UA 是否困难？
尽管 OPC UA 协议可能较为复杂，但目前已有许多成熟的开发工具包和框架，这些工具大大降低了实施难度。此外，许多供应商提供了基于 OPC UA 的成熟解决方案。
NeuronEX：支持 OPC 协议的工业网关
NeuronEX 是专为工业领域设计的软件，专注于设备数据采集和边缘智能分析。它主要部署于工业环境，促进工业设备通信、工业总线协议采集、工业系统数据集成、边缘级数据过滤与分析、AI 算法集成，以及与 工业物联网平台集成。NeuronEX 提供多协议接入能力，支持同时接入如 Modbus、OPC UA, Ethernet/IP、Ethernet/IP、BACnet、西门子、三菱等数十种工业协议。
NeuronEX 的 OPC UA 插件可作为客户端访问 KEPServerEX、工业网关 OPC 服务器、Prosys 模拟服务器和 Ignition 等 OPC UA 服务器。它也可以直接访问硬件设备的内置 OPC UA 服务器，例如西门子 S7-1200 PLC、欧姆龙 NJ 系列 PLC 等的内置服务器。更多信息，您可以查看 OPC UA | NeuronEX 文档以及在工业物联网中将 OPC UA 数据桥接到 MQTT：详细教程。
NeuronEX 不直接支持 OPC DA 数据的直接采集。但是，可以使用 NeuOPC 将 OPC DA 转换为 OPC UA，然后利用 NeuronEX 的 OPC UA 插件进行数据采集。更多信息，您可以查看 OPC DA | Neuron 文档。
结语
虽然在某些特定场景下 OPC DA 可能具有优势，但总体而言，OPC UA 提供了一个更加健壮且面向未来的解决方案，具备增强的安全特性和更好的现代工业应用支持。选择 OPC UA 还是 OPC DA 将取决于每个工业项目的具体需求和目标，做出明智的决策将对效率、成本效益和长期整体性能产生重大影响。