OPC UA - НОВЫЙ ВИТОК ЭВОЛЮЦИИ
И.В. Иванов (ООО "ИнСАТ")
Первая версия технологии OPC была разработана международной некоммерческой организацией OPC Foundation в 1996 г. Перед ее создателями стояла задача собрать и привести к общему знаменателю целый «зоопарк» уже существующих и находящихся в разработке протоколов. Несмотря на первоначальный скепсис производителей ряда SCADA-систем, технология оказалась революционной. Приняв технологию OPC, разработчики SCADA избавились от необходимости поддерживать сотни драйверов для различных устройств, а производители оборудования, разработав OPC-сервер, обрели уверенность в том, что их продукт может применяться пользователями любых SCADA.
Бурное распространение OPC пришлось на начало 2000-х годов. Технология активно развивалась: появились стандарты для обмена архивными данными и сообщениями, все производители SCADA-систем реализовали поддержку технологии OPC, а наличие OPCсервера к приборам стало само собой разумеющимся.
Однако сегодня можно смело утверждать, что «классическая» OPC (стандарты OPC DA и OPC HDA) доживает свой век: унификация различных протоколов была с блеском решена на технологиях, которые в настоящий момент уже устарели. Дело в том, что OPC DA и OPC HDA базируются на технологии Microsoft DCOM. В 1996 г. Windows была доминирующей операционной системой: Apple находилась в шаге от банкротства, а Linux была нишевым продуктом, использовавшимся преимущественно в серверах и требовавшим высокой квалификации для обслуживания. По этой причине привязка к технологии DCOM (на тот момент современной) была для OPC Foundation логичным, а возможно, даже единственным вариантом. В то время Internet только начинал появляться на предприятиях и был медленным и дорогим средством коммуникации, поэтому необходимости в поддержке работы по сети не было.
Однако за 20 лет в ИТ-отрасли произошли радикальные изменения. В настоящее время Windows больше не является самой популярной ОС, хотя и остается главной на десктопных компьютерах. Процессоры стали быстрее, и теперь ОС может обслуживать и дешевый контроллер. Развитие Internet, в том числе мобильного, позволило удаленно подключать различные объекты и собирать с них данные. Кроме того, добавились и новые вызовы: на системы управления ТП начались хакерские атаки, что привело к необходимости шифрования и аутентификации. К новой реальности «классическая» OPC оказалась не готова.
Для актуализации технологии OPC организация OPC Foundation инициировала создание нового стандарта, по сути, с нуля. Теперь за основу брались открытые кроссплатформенные технологии без привязки к DCOM. Новая редакция получила название OPC UA — Unified Architecture («унифицированная архитектура»). OPC UA сохранила все достижения «классической» OPC, но при этом лишена ее недостатков.
OPC UA обладает следующими преимуществами [1, 2].
• Полностью кроссплатформенный стандарт. На первый взгляд это кажется несущественным, так как большинство SCADA-систем все равно остаются (и останутся) работать на ОС Windows. Однако с появлением кроссплатформенности исчезла необходимость в существовании OPC-сервера как отдельного приложения
на компьютере, поскольку теперь большинство контроллеров уже имеют встроенную ОС и производитель может установить OPC-сервер непосредственно в контроллер. Для получения тегов из контроллера больше не требуется настраивать отдельное приложение, достаточно задать в SCADA-системе параметры подключения к контроллеру, и весь список переменных (в том числе архивных) будет получен и добавлен в проект. Таким образом, построение проекта существенно ускоряется.
• Легкость удаленного подключения. Любой разработчик АСУ с содроганием вспоминает процесс подключения удаленного «классического» OPC-сервера к SCADA-системе: для получения данных от другого компьютера необходимо было настроить DCOM по специальной инструкции. Вряд ли найдется хоть один специалист, которому удалось это сделать с первого раза. А настройка серверных редакций ОС Windows еще более сложная, в ряде случаев заканчивающаяся неудачей. В OPC UA такой проблемы в принципе нет. Все, что нужно, — это открыть разрешение в файрволе на нужный TCP-порт. Если удаленный компьютер находится во внутренней сети, недоступной SCADA, то и это не становится проблемой. Задача решается переадресацией порта. А при работе через Internet обмен можно вести как через VPN, так и через публичный IPадрес. Теперь подключение удаленных OPC не вызывает никаких проблем.
• Шифрование и аутентификация. К сожалению, к новым вызовам, требующим повышенной безопасности передачи данных, пока не готов ни один промышленный протокол: все они разработаны в конце 1990-х годов (или даже ранее) и не имеют никакой защиты. Технология OPC UA в этом вопросе является исключением: в ней применяются несколько вариантов шифрования и аутентификации. Это позволяетвести передачу данных через Internet, не беспокоясь за их сохранность.
• Унификация данных. В «классической» OPC существуют несколько стандартов для каждого варианта использования: OPC DA — для текущих данных, OPC HDA — для архивных и т. д. В OPC UA все стандарты объединены: текущие данные, архивные данные, сообщения — все это передается через один сервер, по единому интерфейсу.
В России технологию OPC первой среди отечественных разработчиков применила компания ИнСАТ. SCADA-система MasterSCADA полностью базируется на стандарте OPC, все переменные проекта наследуют атрибуты и значения OPC-тегов. Также первой в России компания ИнСАТ выпустила инструментарий для разработки OPC-серверов — MasterOPC Toolkit, ставший «движком» для многих OPC-серверов.
В лидерах компания ИнСАТ оказалась и с OPC UA — она первой обеспечила полный комплекс продуктов с поддержкой данной технологии. В 2015 г. компания выпустила MasterSCADA 3.7 с поддержкой OPC UA клиента, а также MultiProtocol MasterOPC — сервер с поддержкой OPC UA сервера [3]. В 2016 г. была запущена MasterSCADA 3.8 с поддержкой OPC UA сервера, то есть SCADA теперь может не только получать данные по UA, но и отдавать их.
В новейшем продукте — платформе MasterSCADA 4D — также реализована полная поддержка OPC UA. При этом она предназначена для работы как на компьютерах, так и на контроллерах. Это означает, что OPC UA сервер будет функционировать непосредственно на контроллере и передавать данные напрямую UAклиентам. На данный момент исполнительная система MasterSCADA 4D уже портирована на контроллеры Trei, Wago, Fastwell, ОВЕН и др.
На сегодняшний день не все компании — разработчики контроллеров способны реализовать OPC UA серверы для собственных изделий. Компания ИнСАТ максимально облегчает для них указанную задачу. Для этого в Multi-Protocol MasterOPC сервер добавлена возможность создания собственных драйверов. Достаточно написать небольшую библиотеку с реализацией необходимого протокола, чтобы появилась возможность передачи данных как по OPC DA и HDA, так и по OPC UA.
На протяжении еще долгого времени будет оставаться актуальной задача подключения удаленных OPC DA/HDA серверов. Как уже было отмечено, в «классической» OPC это очень трудоемкий процесс с непредсказуемым результатом. Для решения данной проблемы уже давно существует специальный класс продуктов — OPC-туннели. Подобные продукты выпускают фирмы Matrikon, Kepware, Cogent. Компания ИнСАТ также разработала аналогичный продукт — MasterOPC Tunneler. Однако у зарубежных производителей обмен между частями туннеля реализован по внутреннему протоколу, а в MasterOPC Tunneler — через OPC UA. Физически он представляет собой Multi-Protocol MasterOPC с двумя плагинами: OPC DA Client и OPC UA Client.
Таким образом, на компьютер с целевыми OPC-серверами ставится Multi-Protocol с плагином OPC DA Client, работающим в режиме OPC UA сервера, а на компьютер с целевой SCADA-системой — MultiProtocol с плагином OPC UA Client. Рассмотрим плюсы такого решения.
Первое ключевое преимущество состоит в возможности создания произвольной архитектуры туннеля (рис. 1).
Кроме того, если SCADA-система уже имеет встроенный UA-клиент, то необходимость в одном плагине просто отпадает. В этом случае архитектура упрощается — остается только один Multi-Protocol MasterOPC с плагином OPC DA Client (рис. 2).
Это позволяет гибко подобрать структуру ПО под каждую конкретную задачу и, учитывая, что каждый плагин лицензируется отдельно и стоит существенно дешевле аналогов, помогает к тому же максимально оптимизировать затраты. При этом на любом узле сети, на котором установлен Multi-Protocol MasterOPC, возможно подключение не только OPC-серверов, но и различных устройств по протоколам SNMP, Profinet, IEC60870-5-104, BacNET, а также разнообразных счетчиков коммерческого учета. В итоге Multi-Protocol MasterOPC превращается в многофункциональный коммуникационный хаб с огромными возможностями и безграничной гибкостью.
При анализе тенденций развития современных технологий появляется уверенность в том, что OPC UA, как и в свое время «классическая» OPC, произведет революцию в обмене данными посредством промышленных сетей, обеспечив пользователям удобство, надежность и безопасность.
Список литературы
1. Фортин Т., Хокинсон Б. OPC UA и роль стандартов связи в развитии промышленного Internet вещей // Автоматизация в промышленности. 2016. № 8.
2. Mahnke W., Leitner S.H., Damm M. OPC Unified Architecture. Berlin: Springer, 2009.
3. Веселуха Г.Л. Промышленный Интернет вещей – это легко и интересно! // Автоматизация в промышленности. 2016. № 8.