OPC UA 知识概述

OPC UA背景

OPC UA 和工业4.0

信息与数据交换的统一标准

工业 4.0 是指在企业层级对 IT 系统中的大量生产数据进行统一应用、评估和分析。借助工业 4.0，生产与企业层级间的数据交换频率正在迅速增长。

为了信息与数据交换应采用统一的标准。和应对标准 OPC 仅支持 Windows 操作系统这一限制条件，所以OPC Foundation 研发出了 OPC UA（OPC 统一架构）标准。

由于 OPC UA 标准独立于特定的操作系统，并采用安全传送机制和数据语义描述，尤其适合于跨层级的数据交换。机器数据（受控变量，测量值或参数）也可采用这种方式传输。这一概念比较重要的一点是允许同时进行 OPC UA 通信和实时通信，从而实现对时间要求严格的机器级数据传送。

OPC UA 具有极高的可扩展性，因此可以在传感器、控制器和 MES 或 ERP 系统之间实现一致的信息交换。OPC UA 不仅可进行数据传递，而且还可传递与数据有关的信息（数据类型），因此可对该数据进行机器解析访问。

OPC UA 常规特性总结

特性维度	核心能力
跨平台支持	全操作系统覆盖（Windows/Linux/macOS/实时OS/移动端），适配工业异构环境。
传输机制	- 主推TCP/IP二进制流（高性能，S7全系列支持）  - 可选HTTP+XML（低速，S7-1500禁用）
开发灵活性	- 多语言SDK（.NET为主，ANSI C/Java已停维护）  - 开源示例+商业工具链加速开发。
设备兼容性	从微型传感器（Nano行规）到高性能PLC（S7-1500）、服务器（MES/ERP）全覆盖。
可扩展性	通过分级行规（Nano/Micro/Embedded）灵活适配设备资源，支持功能按需扩展。

集成信息安全机制

OPC UA 可在不同层级应用息安全机制：

仅当 OPC UA 客户端和 OPC UA 服务器均通过 X.509-v3 证书进行注册并接受对方的证书时，服务器与客户端之间才能建立安全连接（应用层的信息安全）。可以使用多种安全策略，包括服务器和客户端之间的非安全连接（安全策略：“不安全”）。

服务器可以随时向用户请求以下信息，以便进行授权访问（身份验证）：

• 用户证书（不可在 STEP 7 中组态）

• 用户名和密码

– 无用户认证

信息安全机制为可选项且可以组态。

OPC UA在工业4.0中的核心价值

• 统一数据桥梁：消除OT与IT间的信息孤岛，实现“从现场层到云”的无缝数据流。

• 语义化赋能：数据自带上下文（类型、关系），支撑AI/大数据分析等智能应用。

• 安全与实时并存：在保障通信安全的同时，兼容硬实时需求（如与PROFINET协同）。

总结：

通过OPC UA，工业4.0的“智能互联”愿景得以落地，可以成为驱动工业数字化转型的核心协议标准，并为顺利的实现系统间的数据交互，和消除系统信息壁垒打下坚实的基础。