OPC UA协议在IOT领域的应用

倪敬洋

【关键词】0PC UA协议;以太网;I0T领域

一、引言

在IOT领域中，随着OPC UA协议的应用。使其通信协议在传统基础上实现了进一步的革新。通过该协议的应用，不仅实现了通信传输效率与质量的显著提升。同时也进一步提升了通信传输的安全性和稳定性。因此，在IOT领域的发展中，技术人员一定要加强OPC UA协议的研究，并使其在这一领域中得以合理应用，使其应用价值得以充分发挥，满足IOT领域的实际发展需求。

二、OPt UA协议概述

OPC UA协议是一种将以太网作为基础的标准化通信协议，该协议对于各种硬件供应商均适用，且可与各种编程语言相兼容。就结构而言，OPC UA协议属于一种统一化的体系结构，其应用程序可通过面向对象形式来公开数据结构、方法、变量以及对象的网格网络。在该协议的具体应用中，可以将客户机/月艮务器模型为基础的服务器作为一组公开的标准服务，以此来实现客户端可见对象的浏览，并实现数据读写、方法调用或者是数据与事件的阅读、更改。在OPC协议中，主要包括优化之后的OPC UA二进制协议、Web拂去协议、端到端之间的安全协议以及以HTTPS为基础的通信协议。OPC协议在IOT领域中的主要应用目标是对具有信息承载功能的元模型进行定义;对信息访问方面的标准服务进行定义。以及对服务器中各种数据编码和传输协议的调用进行定义，以此来为不同供应商之间的信息传递提供一个统一标准。

三、OPt UA协议在IOT领域中的应用分析

（一）OPC UA服务器的搭建

在对OPC UA服务器进行搭建的过程中，仅仅需要输入几行代码就可以进行一个OPC UA月艮务进程的创建，并将其与一个指定端口相绑定。其服务器可借助于多种主流形式的编程语言来实现，比如，在python所进行的IP以及端口号绑定中。就需要进行node对象的添加，而大量的node则可以直接通过xml来进行加载。在启动了相应的程序之后，服务器就会将一个OPC UA的接收协议发送给网络，以此来实现URL地址的访问。

在当今的很多供应商硬件使用过程中，都可以将原来的软件作为基础，以此来实现OPC UA月艮务模块的合理添加，其市场前景非常广阔。比如，未来的汽车行业正朝着数字化、柔性化以及个性化的方向发展，而通过OPC UA协议的应用，便可以让小批量客户的个性化需求得以充分满足，以此来实现生产者和消费者之间信息数据的畅通传输。

（二）OPC UA安全认证机制分析

OPC UA型服务器可以为用户的匿名访问提供支持，但是因為这种访问方式有很大的安全漏洞存在，所以一般会通过登录用户以及密码保护的创建方式来解决其安全问题，以此来实现硬件以及服务器数据安全性的进一步提升。比如，在KUKA机器人的控制器中，其数据保护主要借助于用户名以及密码的形式来实现，也就是说，在具体应用中，只有通过了用户访问权限才可以使用。在OPC UA型服务器的具体应用中，可以按照三种类型对用户组进行划分，第一是匿名用户组，第二是Observer用户组，第三是Operator用户组。

1、用户权限

在该服务器中，全部的OPC UA变量都允许浏览，具体应用中，用户可借助于URL地址来建立起终端和服务器之间的通信连接，并通过树状浏览服务器的应用来进行节点标签发送，这里的节点标签就是变量标签。借助于相应的标签对象，用户便可实现标签的变量类型、地址、名称以及序号等这些重要信息的获取。也就是说。所有的用户都具备这一使用权限。

2、Observer用户权限

在该服务器中，全部的OPC UA变量都允许浏览和读取。在用户的具体应用中，可将浏览节点上的相应标签权限作为基础，借助于其地址来进一步实现实时变量数的读取。比如进行机器人的三坐标、移动速度以及扭矩等的定位。在上位机进行机器人信息的获取中，传统方式是报文传输，且需要自定义进行报文格式的配置，但是OPC UA协议则给出了一种高效的标准化通用形式的解决方案。借助于该协议。用户只需将自己的用户名以及登录密码输入到服务器中便可实现这一权限的获取。

3、Operator用户权限

在该服务器中，全部的OPC UA变量都允许读取和写入。具体应用中，用户可以将浏览节点位置的标签权限作为基础，借助于此类节点标签地址对实时变量数值做进一步的读取和写入，通过这样的方式，就可以让上位机实现相应指令的直接发送，以此来实现机器人控制。同时，这种用户组权限的设置也可以让产品从订单到整车制造过程中的数据流保持在一种标准化、低成本的对接状态，让IOT领域中的此类问题得以有效解决。具体应用中，用户只需要将自己的用户名以及密码输入到服务器。即可实现该权限的获取。

（三）OPC UA在IOT大数据采集中的应用

某汽车企业在进行云计算服务的构建过程中，需要将大型单体设备、焊接、机器人以及PLC等的变量过程接入现场，其中主要包括工艺参数以及控制指令。根据产品质量以及缺陷数据，借助于工业形式的大数据分析，将产线设计以及控制加以科学改进。在现场，主要的设备{wincc上位机、控制器以及siemens，借助于wincc、sinmens中的1500型PLC以及KUKA.OPC UA1.1实现oPC UA服务的直接开通。SCADA配置以及相应的数据采集通过Linux系统网关来完成，让协议实现MQTT形式的转换，并上传给企业云计算中心。

该项目的网络属于典型的三层汇聚工业网络形式，OPC UA月艮务是由不同的供应商所提供的开放数据，各个子网通过vlan进行隔离，边缘网关主要借助于汇聚层内的交换机来实现与供应商工控子网之间的通信，其通信数据流属于双向交互形式。

在本次项目中，共完成了四个不同供应商硬件数据的统一现场采集，实现了OPA UAl办议到MQTT协议的直接转换。并将IOTDB对接到了企业的云计算大数据服务器。即使是在不同步的现场硬件时钟条件下，上位归档数据也可以实现实时同步，进而为该企业的大数据建模与分析提供了基础数据。

四、结束语

综上所述，OPC UA协议有着非常好的兼容性，通过该协议的应用，可有效提升通信效率、质量与安全。所以。在IOT领域的发展中，技术人员应充分注重OPC UA协议的应用和研究，以此来为IOT领域的发展提供足够动力。