The <OPC_UA> module of “Data acquisition” and “Transport protocols” subsystems
Русская версия
Українська версія
| Parameter | Module 1 | Module 2 |
| ID: | OPC_UA | OPC_UA |
| Name: | OPC_UA | OPC_UA |
| Type: | DAQ | Protocol |
| Source: | daq_daq_OPC_UA.so | |
| Version: | 0.5.0 | 0.5.0 |
| Author: | Roman Savochenko | |
| Translated: | Maxim Lysenko | |
| Description: | Provides the implementation of client service of OPC UA. | Provides the implementation of the OPC UA protocol. |
| License: | GPL | |
Translation is in progress...
Introduction
OPC (OLE for Process Control) - it is the family of protocols and technologies that provide the single interface to control the objects of automation and technological processes. The creating and support of specifications of OPC coordinates an international nonprofit organization 
OPC Foundation, established in 1994 by the leading manufacturers of industrial automation.
In view of the fact that a significant influence in the OPC Foundation organization has the Microsoft corporation, OPC protocols, until recently, was single platfom and closed, due to binding to the closed technologies of MS Windows. However, more recently, the OPC Foundation organization has created multi-platform interfaces such as OPC XML DA and OPC UA. The most interesting of them is the OPC UA interface, as unifying all the earlier interfaces in an open and multi-platform technology.
This module implements the interface and protocol support for OPC UA in the form of client service, and as the OPC UA server. Client service of OPC UA is implemented by the same name module of the subsystem "Data acquisition", and the server is implemented by the subsystem's "Protocols" module.
In the current version of these modules it is implemented the binary part of the protocol and basic services in unsafe mode. Later it is planned to extend the module to work via HTTP/SOAP, the support for security policies and implementation of other OPC UA services.
Although the OPC UA protoco is multiplatform, its specification and SDK are not freely available, but are provided only to members of the OPC Foundation organization. For this reason, the implementation of these modules has faced significant obstacles and problems.
Во-первых, протокол OPC UA сложен и реализация его вообще без спецификации крайне трудоёмка. По этой причине работы над данными модулями долгое время не начиналась, и только благодаря спонсорской помощи одной из организаций-члена OPC Foundation проект OpenSCADA получил документацию спецификации. При этом SDK и исходные тексты ANSIС-API протокола OPC-UA получены не были по причине несовместимости их лицензии с GPL и, как следствие, потенциальной угрозы нарушения лицензии при работе с исходными текстами, что могло привести к последующим юридическим проблемам при свободном распространении данных модулей.
Во-вторых, даже наличие спецификации не позволяет решить ряд технических вопросов без примера реализации и возможности проверки на рабочем прототипе клиента и сервера OPC UA. Например, именно технические особенности реализации алгоритмов симметричного шифрования и получения ключей для них не позволили закончить реализацию поддержки политик безопасности на данный момент.
Для отладки функционирования модулей было использовано демонстрационное ПО фирмы Unified Automation в составе OPC UA клиента - UA Expert и сервера - OPC UA Demo Server.
1. Протокол OPC UA
OPC UA - это платформо-независимый стандарт, с помощью которого системы и устройства различного типа могут взаимодействовать путём отправки сообщений между клиентом и сервером через различные типы сетей. Протокол поддерживает безопасное взаимодействие путём валидации клиентов и серверов, а также противодействия атакам. OPC UA определяет понятие Сервисы, которые сервера могут предоставлять, а также сервисы, которые сервер поддерживает для клиента. Информация передаётся в виде типов данных, определённых OPC UA и производителем, кроме того сервера определяют объектную модель, для которой клиенты могут осуществлять динамический обзор.
OPC UA предоставляет совмещёние интегрированного адресного пространства и сервисной модели. Это позволяет серверу интегрировать данные, нарушения (Alarms) и события (Events), историю в этом адресном пространстве, а также предоставлять доступ к ним посредством интегрированных сервисов. Сервисы также предоставляют интегрированную модель безопасности.
OPC UA позволяет серверам предоставлять для клиентов определения типов для доступа к объектам из адресного пространства. OPC UA допускает предоставление данных в различных форматах, включая бинарные структуры и XML-документы. Через адресное пространство клиенты могут запросить у сервера метаданные, которые описывают формат данных.
OPC UA добавляет поддержку множественной связности между узлами вместо простого довольствования иерархичностью. Такая гибкость в комбинации с определением типов позволяет применять OPC UA для решения задач в широкой проблемной области.
OPC_UA спроектирован для обеспечения надёжной выдачи данных. Основная особенность всех OPC серверов - способность выдавать данные и события.
OPC_UA спроектирован для поддержки широкого диапазона серверов, от простых ПЛК до промышленных серверов. Эти сервера характеризуются широким спектром размеров, производительности, платформ исполнения и функциональной ёмкости. Следовательно, OPC UA определяет исчерпывающее множество возможностей, и сервер может имплементировать подмножества этих возможностей. Для обеспечения совместимости OPC UA определяет подмножества, именуемые Профилями, которые сервера могут указывать для согласования. Клиенты могут в последствии выполнять обзор профилей сервера и пробрасывать взаимодействие с сервером, основанном на профилях.
OPC UA спецификация спроектирована как ядро в слое, изолированном от подлежащих компьютерных технологий и сетевых транспортов. Это позволяет OPC UA при необходимости расширяться на будущие технологии без отторжения основы дизайна. На данный момент спецификацией определены два способа кодирования данных: XML/text и UA Binary. В дополнение, определено два типа транспортного слоя: TCP и HTTP/SOAP.
OPC UA спроектирован как решение для миграции с OPC клиентов и серверов, которые основаны на Microsoft COM технологиях. OPC COM сервера (DA, HDA и A&E) могут быть легко отражены в OPС UA. Производители могут самостоятельно осуществлять такую миграцию или же рекомендовать пользователям использовать обёртки и конверторы между этими протоколами. OPC UA унифицирует предыдущие модели в едином адресном пространстве с единым множеством сервисов.
2. Модуль реализации протокола
Модуль протокола содержит код реализации протокольной части OPC UA как для клиентского, так и для серверного сервисов. Для построения OPC UA сервера достаточно создать входящий транспорт и выбрать в нём модуль данного протокола.
2.1. Обслуживание запросов по протоколу OPC UA
Входящие запросы к модулю-протоколу обрабатываются модулем в соответствии со сконфигурированными конечными узлами OPC UA (EndPoints) (рис.1).
Рис.1. Конечные узлы протокола.
Конечный узел протокола OPC UA - это фактически объект сервера OPC UA. Конечные узлы в OPC UA могут быть как локальными, так и удалёнными. Локальный конечный узел предназначен для предоставления ресурсов станции по протоколу OPC UA, в то время как удалённые конечные узлы служат как для выполнения сервиса обзора доступных OPC-UA узлов, так и для шлюзования запросов к удалённым станциям. В данной версии модуля поддерживается только конфигурация локальных конечных узлов.
Общая конфигурация конечного узла осуществляется на главной вкладке страницы конечного узла (рис.2) параметрами:
- Состояние узла, а именно: статус, "Включен" и имя БД, содержащей конфигурацию.
- Идентификатор, имя и описание узла.
- Состояние, в которое переводить узел при загрузке: "Включен".
- Тип кодирования протокола. На данный момент это только "Бинарный".
- URL конечной точки.
- Сертификат сервера в формате PEM.
- Приватный ключ в формате PEM.
- Политики безопасности сервера.
Рис.2. Главная вкладка страницы конечного узла.
3. Модуль сбора данных
Модуль сбора данных предоставляет возможность опроса и записи атрибутов значения(13) узлов типа "Переменная".
3.1. Контроллер данных
Для добавления источника данных OPC UA создаётся и конфигурируется контроллер в системе OpenSCADA. Пример вкладки конфигурации контроллера данного типа изображен на рис.3.
Рис.3. Вкладка конфигурации контроллера.
С помощью этой вкладки можно установить:
- Состояние контроллера, а именно: Статус, "Включен", Запущен" и имя БД, содержащей конфигурацию.
- Идентификатор, имя и описание контроллера.
- Состояние, в которое переводить контроллер при загрузке: "Включен" и "Запущен".
- Режим горизонтального резервирования и предпочтение исполнения данного контроллера.
- Имя таблицы для хранения конфигурации параметров контроллера.
- Параметры планировщика исполнения задачи сбора и её приоритетность.
- Период синхронизации конфигурации атрибутов параметров с удалённой станцией.
- Адрес исходящего транспорта из списка сконфигурированных исходящих транспортов в подсистеме "Транспорты" OpenSCADA.
- URL конечного узла удалённой станции.
- Политика безопасности и режим безопасности сообщения.
- Сертификат клиента в формате PEM.
- Ограничение числа атрибутов в параметре, для режима импорта всех атрибутов принадлежащих объекту.
С целью облегчения идентификации узлов на удалённой станции, а также выбора их для вставки в параметре контроллера в объекте контроллера предусмотрена вкладка навигации по узлам удалённой станции, где можно пройти по дереву объектов и ознакомится с их атрибутами (рис.4).
Рис.4. Вкладка "Обзор узлов сервера" страницы контроллера.
3.2. Параметры
Модуль сбора данных предоставляет только один тип параметров - “Стандарт”. Дополнительным конфигурационным полем параметра данного модуля (рис.5) является перечень узлов OPC UA. Атрибут в этом перечне записывается следующим образом: [ns:id].
Где:
id - идентификатор узла, числом или строкой.
Пример:
'3:BasicDevices2' - узел базовых устройств в области имён 3.
Рис.5. Вкладка конфигурации параметра.
В соответствии с указанным списком узлов выполняется опрос и создание атрибутов параметра (рис.6).
Рис.6. Вкладка атрибутов параметра.
Ссылки