基于OPC UA及OPC DA协议实现的ABB服务器与客户端的数据传输

基于OPC UA及OPC DA协议实现的ABB 服务器与客户端的数据传输
作者：***
来源：《今日自动化》2021年第07期
[摘要]散貨工业自动化堆取料控制系统中，最终客户端需要能够连接多台设备，对多个服务器进行数据的监控，转储;现场使用的AC800M系列PLC，通过使用ABB组态软件OPC SERVER FOR AC800M_5.1能够实现客户端与服务器间两台计算机间的OPC数据访问连接，但其仅能实现单对单的连接，无法满足现场一台客户端计算机读取多台服务器端计算机和工控PLC间的数据需求。

如何通过OPC DA 协议将服务器计算机上的监控数据转存到OPC UA协议计算机服务器上，以及客户端计算机如何进行远程访问OPC UA计算机服务器上的数据，从而实现多对多的数据访问传输，以及借此方式如何通过上位机通讯组态以达到中控远程操作时能够对设备当前状态进行实时的监控和远程的控制。

[关键词]ABB;OPC UA服务器;OPC DA服务器;PLC;工业系统;上位机
[中图分类号]U673.3 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–03
Data Transmission between ABB server and ClientBased on OPC UA and OPC DA Protocol
Lian Lei
[Abstract]In the bulk cargo industrial automation stacking and reclaiming control system， the final client needs to be able to connect multiple devices to monitor and dump data on multiple servers; the AC800M series PLC used on site， through the use of ABB configuration software OPC SERVER FOR AC800M_5.1 can realize the OPC data access connection between the two computers between the client and the server， but it can only realize a one-to-one connection， which cannot meet the requirements of a client computer to read multiple server-side computers and industrial control on site Data requirements between PLCs. How to transfer the monitoring data on the server computer to the OPC UA protocol computer server through the OPC DA protocol and how the client computer remotely access the data on the OPC UA computer server， so as to realize the many-to-many data access transmission and use this How to achieve real-time monitoring and remote control
of the current state of the equipment through the communication configuration of the upper computer to achieve the remote operation of the central control.
[Keywords]ABB; OPC UA server; OPC DA server; PLC; industrial system; host computer
1 概述
无人散货码头和自动化作业趋势，在当前时代潮流中愈演愈烈。

为使中控操作站能够有效地对现场设备进行数据采集、参数调整、历史数据和故障查询、进行数据备份，需要一种通讯方式，解决中控操作站与多个现场设备间的通讯问题。

考虑到散货码头现场取料机、堆料机、卸船机等作业设备采用的工控PLC以AC800M系列居多的情况，本文针对如何使用KEPSERVER、ABB OPC SERVER以及CIMPLICITY等软件，利用OPC DA、OPC UA通讯协议，实现客户端计算机读取多台服务器端计算机数据的通讯方式和上位机监控方式，做以下分析。

2 OPC DA及OPC UA技术简介
伴随着工业信息技术的快速发展，传统工业控制系统中不同厂家的非标准通信方式导致系统的可靠性、稳定性及扩展性较差，不利于系统的后期拓展及维护，阻碍了工控行业的自动化、智能化发展。

为了解决软硬件设备之间的数据接口问题，OPC技术随之产生。

它将OPC 客户端与服务器在物理上分开，减少硬件制造商和软件开发商之间的依赖，极大地提高了双方的工作效率有效解决了工控行业复杂驱动程序造成的数据接口问题，减少资源浪费，提升通信质量等。

OPC的全称是OLE for Process Control，即是用于过程控制的OLE，它是针对现场控制系统的一个工业标准接口，是工业自动化控制和生产自动化领域中使用的最为广泛的硬件与软件的基本接口标准。

其是基于微软的OLE（现在的Active X）、COM （控件对象模型）和DCOM （分布式控件对象模型）接口技术，自动化应用中使用的一整套接口、属性和方法的标准集在OPC技术中均有包括，其常常在过程控制和制造业自动化系统中有大量使用。

OPC 接口技术保证了工业自动化系统中独立单元之间标准化的互联互通，顺应了自动化系统向开放、互操作、网络化、标准化方向发展的趋势。

OPC接口协议，是以OPC基金组织规定的OPC规范群为基础开发的软件驱动协议。

它负责作为中间通道从数据源（服务器）读取数据，然后再同另外一端的客户端进行交互，完成通信。

如图1所示的客户端计算机与服务器端计算机的结构图中，通信的发起端只能是客户端，服务器被动响应。

客户端与服务器间的通讯是双向的，客户端不仅可以在服务器中随时读出数据，也能够随时地向服务中写入数据，修改参数，从而实现对远程设备的实时监测和控制。

OPC DA协议是一种OPC数据访问规范，是客户端计算机与服务器端计算机间实现数据交互的通讯协议，使客户端计算机能够对服务器中的数据进行实时的读取和写入，明确指出了
实时数据应该如何在PLC、HMI等数据源和数据接收者在未知彼此间特定通讯协议的状况下进行数据的交换。

OPC DA协议技术在本质上是以微软的COM和DCOM的技术为基础的，对于需要在局域网、广域网及以太网上的不同对象的计算机上进行远程OPC服务器计算机的访问需要进行DCOM的配置，以实现COM的对象扩展至网络。

DCOM的配置与操作系统的安全体系紧密相关，然而不同版本操作系统的安全体系又或多或少的有所差别。

此外，不同的OPC服务器运行的方式也不尽相同，并且不同的操作应用系统对系统的安全性能的要求也不尽相同。

系统与系统和服务器与服务器间的细微差别往往导致了DCOM配置繁琐并且复杂，使两者间无法建立有效的远程访问连接。

为有效地将现有的OPC规范（DA、A&E、HDA、命令、复杂数据和对象类型）集成进来，需要新的协议来进行统筹，借此OPC UA协议成为了现在的新的OPC协议规范。

OPC UA协议提供了一致、完整的地址空间和服务模型，解决了过去同一系统的信息不能以统一方式被访问的问题。

新的OPC UA协议规范不再以微软的COM和DCOM技术为基础，借此不同版本的Windows操作系统间的连接以及不同Linux操作系统包括其他的嵌入式平台的计算机间均能够通过OPC UA协议规范实现数据交互，进行通信访问。

OPC UA协议不是OPC DA协议的替代品，而是在现有的OPC DA协议架构的基础上进行了补充和增强。

通过系统管理员开放后的任何单一端口进行通信，以实现跨越防火墙和VPN的路障的目标，从而达到安全访问连接的目的，进而有效地将多个OPC DA协议的数据源聚合到工业系统中，提高了传输性能。

3 服务器与客户端总成
随着OPC UA通讯协议技术的广泛应用，工业系统中OPC DA通讯协议和OPC UA通讯协议无法相互兼容的问题越来越突出。

然而OPC UA通讯协议最明显的优势就是实现多平台的通讯跨接，大量减少OPC DA通讯过程中，DCOM的烦恼配置工作。

但是在一些老旧项目中，新型的OPC UA通讯协议规范无法得到兼容，为此，便需要使用中间插件来实现以OPC DA通讯协议为基础的数据源到以OPC UA通讯协议为基础的数据源的转换操作的目的。

针对散货码头工控PLC以及HMI设备的使用情况，以KEPSERVER V5作为通讯软件基础，实现OPC DA通讯协数据源到OPC UA通讯数据源的转换操作。

在远程计算机上生成OPC UA协议客户端，在本地PLC 组态用计算机上生成OPC UA协议服务器和OPC DA协议客户端。

服务器及客户端的整体架构如图2所示。

KEP OPC 软件还能够快速有效地建立起同物联网平台上的MQTT代理服务器和数据库间的稳定数据访问连接，作为一个高性能的中间运行插件，在工业系统领域中起到数据桥梁和纽带的作用，为用户实现了数据的快速采集和接入，并且能够连续稳定运行。

通过OPC协议，进行数据采集操作，从而实现物联网终端平台的深度边缘计算，可以为智能制造、医疗制药、智能家居、能源化工等行业提供生产数据的实时交换、实时控制、历史数据存储，为工业互联网平台的大数据分析和应用提供基础数据和分析服务的基础设施。

3.1 客户端计算机
于中控计算机上，使用KEPSERVER软件生成UA协议客户端，将每台设备上UA服务器导出的安全证书转存导入中控客户端计算机，完成中控客户端对设UA服务器的访问通道的建立。

（1）通过KEPSERVER软件，打开OPC UA Configuration Manager，在Trusted Servers配置项中，导入单机UA服务器的数字证书。

（2）打开OPC UA Configuration Manager，在Trusted Clients配置项中，导出中控UA客户端数字证书。

如图3所示。

3.2 服务端计算机
散货码头现场使用的单机PLC大都为ABB AC800M系列的工控PLC，其本身支持OPC DA协议的通讯，并自带OPC DA服務器。

针对此情况，需将OPC DA的数据源转储为OPC UA的数据源，并启用OPC UA服务器。

3.2.1 DA与UA协议数据源转换存储
（1）打开ABB OPC SERVER 软件，首先与PLC建立连接机制;借此对单机PLC中的数据进行实时采集，生成OPC DA数据源。

（2）同一服务器上，使用KEPSERVER软件，通过OPC DA CLIENT通讯协议，将以OPC UA协议为基础的数据源和以OPC DA协议为基础的数据源建立连接访问机制，将OPC DA服务器上的数据源转存至OPC UA服务器上，借此完成数据集的采集。

3.2.2 OPC UA服务器启用及安全端口建立
（1）打开OPC UA Configuration Manager，在Server Endpoints配置项中，完成单机设备上OPC UA服务器的启用，每个服务器的地址以计算机的IP和TCP端口号为基础。

如图4所示。

（2）打开KEPSERVER EX settings配置，在configure一栏中，进行远程连接访问许可确认，并选择远程访问的通道。

OPC接口协议，是以OPC基金组织规定的OPC规范群为基础开发的软件驱动协议。

它负责作为中间通道从数据源（服务器）读取数据，然后再同另外一端的客户端进行交互，完成通信。

如图1所示的客户端计算机与服务器端计算机的结构图中，通信的发起端只能是客户端，服务器被动响应。

客户端与服务器间的通讯是双向的，客户端不仅可以在服务器中随时读出数据，也能够随时地向服务中写入数据，修改参数，从而实现对远程设备的实时监测和控制。

OPC DA协议是一种OPC数据访问规范，是客户端计算机与服务器端计算机间实现数据交互的通讯协议，使客户端计算机能够对服务器中的数据进行实时的读取和写入，明确指出了实时数据应该如何在PLC、HMI等数据源和数据接收者在未知彼此间特定通讯协议的状况下进行数据的交换。

OPC DA协议技术在本质上是以微软的COM和DCOM的技术为基础的，对于需要在局域网、广域网及以太网上的不同对象的计算机上进行远程OPC服务器计算机的访问需要进行DCOM的配置，以实现COM的对象扩展至网络。

DCOM的配置与操作系统的安全体系紧密相关，然而不同版本操作系统的安全体系又或多或少的有所差别。

此外，不同的OPC服务器运行的方式也不尽相同，并且不同的操作应用系统对系統的安全性能的要求也不尽相同。

系统与系统和服务器与服务器间的细微差别往往导致了DCOM配置繁琐并且复杂，使两者间无法建立有效的远程访问连接。

为有效地将现有的OPC规范（DA、A&E、HDA、命令、复杂数据和对象类型）集成进来，需要新的协议来进行统筹，借此OPC UA协议成为了现在的新的OPC协议规范。

OPC UA协议提供了一致、完整的地址空间和服务模型，解决了过去同一系统的信息不能以统一方式被访问的问题。

新的OPC UA协议规范不再以微软的COM和DCOM技术为基础，借此不同版本的Windows操作系统间的连接以及不同Linux操作系统包括其他的嵌入式平台的计算机间均能够通过OPC UA协议规范实现数据交互，进行通信访问。

OPC UA协议不是OPC DA协议的替代品，而是在现有的OPC DA协议架构的基础上进行了补充和增强。

通过系统管理员开放后的任何单一端口进行通信，以实现跨越防火墙和VPN的路障的目标，从而达到安全访问连接的目的，进而有效地将多个OPC DA协议的数据源聚合到工业系统中，提高了传输性能。

3 服务器与客户端总成
随着OPC UA通讯协议技术的广泛应用，工业系统中OPC DA通讯协议和OPC UA通讯协议无法相互兼容的问题越来越突出。

然而OPC UA通讯协议最明显的优势就是实现多平台的通讯跨接，大量减少OPC DA通讯过程中，DCOM的烦恼配置工作。

但是在一些老旧项目中，新型的OPC UA通讯协议规范无法得到兼容，为此，便需要使用中间插件来实现以OPC DA通讯协议为基础的数据源到以OPC UA通讯协议为基础的数据源的转换操作的目的。

针对散货码头工控PLC以及HMI设备的使用情况，以KEPSERVER V5作为通讯软件基础，实现OPC DA通讯协数据源到OPC UA通讯数据源的转换操作。

在远程计算机上生成OPC UA协议客户端，在本地PLC 组态用计算机上生成OPC UA协议服务器和OPC DA协议客户端。

服务器及客户端的整体架构如图2所示。

KEP OPC 软件还能够快速有效地建立起同物联网平台上的MQTT代理服务器和数据库间的稳定数据访问连接，作为一个高性能的中间运行插件，在工业系统领域中起到数据桥梁和纽带的作用，为用户实现了数据的快速采集和接入，并且能够连续稳定运行。

通过OPC协议，进行数据采集操作，从而实现物联网终端平台的深度边缘计算，可以为智能制造、医疗制药、智能家居、能源化工等行业提供生产数据的实
时交换、实时控制、历史数据存储，为工业互联网平台的大数据分析和应用提供基础数据和分析服务的基础设施。

3.1 客户端计算机
于中控计算机上，使用KEPSERVER软件生成UA协议客户端，将每台设备上UA服务器导出的安全证书转存导入中控客户端计算机，完成中控客户端对设UA服务器的访问通道的建立。

（1）通过KEPSERVER软件，打开OPC UA Configuration Manager，在Trusted Servers配置项中，导入单机UA服务器的数字证书。

（2）打开OPC UA Configuration Manager，在Trusted Clients配置项中，导出中控UA客户端数字证书。

如图3所示。

3.2 服务端计算机
散货码头现场使用的单机PLC大都为ABB AC800M系列的工控PLC，其本身支持OPC DA协议的通讯，并自带OPC DA服务器。

针对此情况，需将OPC DA的数据源转储为OPC UA的数据源，并启用OPC UA服务器。

3.2.1 DA与UA协议数据源转换存储
（1）打开ABB OPC SERVER 软件，首先与PLC建立连接机制;借此对单机PLC中的数据进行实时采集，生成OPC DA数据源。

（2）同一服务器上，使用KEPSERVER软件，通过OPC DA CLIENT通讯协议，将以OPC UA协议为基础的数据源和以OPC DA协议为基础的数据源建立连接访问机制，将OPC DA服务器上的数据源转存至OPC UA服务器上，借此完成数据集的采集。

3.2.2 OPC UA服务器启用及安全端口建立
（1）打开OPC UA Configuration Manager，在Server Endpoints配置项中，完成单机设备上OPC UA服务器的启用，每个服务器的地址以计算机的IP和TCP端口号为基础。

如图4所示。

（2）打开KEPSERVER EX settings配置，在configure一栏中，进行远程连接访问许可确认，并选择远程访问的通道。