工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)

何圣華

摘要 針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在智能制造中的重要地位和目前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集遇到的問題，本文提出一種基于OPC UA的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集框架，概述了OPC UA的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，分析了優(yōu)化OPC UA數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的方法，最后分別介紹了基于Open62541開發(fā)包的服務(wù)器開發(fā)方法和基于.net的OPC UA SDK的客戶端開發(fā)方法。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 數(shù)據(jù)采集 OPC UAOpen62541 0PC UA SDK

1 引言

1.1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的意義

德國(guó)的工業(yè)4.0計(jì)劃拉開了全球第四次工業(yè)革命的序幕，工業(yè)4.0的主要特征是基于物理和信息系統(tǒng)深度融合的高度網(wǎng)絡(luò)化和智能化的新一代制造系統(tǒng)。這個(gè)新一代的智能制造系統(tǒng)由很多重要的子系統(tǒng)組成，其中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是智能制造系統(tǒng)的基石，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以幫助傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。智能制造系統(tǒng)的建造從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開始，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的性能和質(zhì)量則決定了智能制造系統(tǒng)建造的高度。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)流，就像智能制造系統(tǒng)大廈的能源和照明系統(tǒng)，有了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，智能制造系統(tǒng)才有了動(dòng)力的保障。所以說，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)利用是構(gòu)建物理信息系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)智能制造的必要條件。

1.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集面臨的困難

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集對(duì)于智能制造的實(shí)現(xiàn)尤為重要，但是，目前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸卻存在不少的困難，嚴(yán)重影響著智能工廠建設(shè)的信心和進(jìn)程。這些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的困難主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：第一個(gè)困難是由于歷史上不同廠商的競(jìng)爭(zhēng)和利益保護(hù)的原因，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集無論是網(wǎng)絡(luò)層的還是傳輸層的協(xié)議都非常多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成難度大、管理成本高;第二個(gè)困難是在智能制造系統(tǒng)的不同層之間，采集和傳輸過程中的數(shù)據(jù)語義無法統(tǒng)一，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和模型的集成，造成數(shù)據(jù)難于被智能工廠的其他層所利用;第三個(gè)困難是智能制造系統(tǒng)建設(shè)過程中，針對(duì)不同設(shè)備和不同協(xié)議的數(shù)據(jù)采集程序的開發(fā)難度大、開發(fā)門檻高，阻礙智能制造系統(tǒng)的建設(shè)。

針對(duì)上述問題，本文第二部分重點(diǎn)介紹一個(gè)基于OPC UA協(xié)議的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的框架方案，然后討論基于這個(gè)框架的OPC UA的數(shù)據(jù)采集優(yōu)化方法，最后，本文第三部分還將介紹這個(gè)數(shù)據(jù)采集方案中相關(guān)的服務(wù)器與客戶端開發(fā)技術(shù)，希望能夠?yàn)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和智能制造系統(tǒng)的建設(shè)提供一點(diǎn)參考。

2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集框架研究

2.1 基于OPC UA的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集框架

為了應(yīng)對(duì)上一節(jié)提到的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中面臨的問題，本文提出如圖1所示的基于OPC UA的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集框架：

如圖1所示，這個(gè)數(shù)據(jù)采集框架被劃分為四層。底層是有由泛在化的生產(chǎn)加工設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備和傳感器組成的設(shè)備傳感層，在這層里，設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)先是被封裝到OPC UA服務(wù)器里，然后通過OPC UA的訂閱/發(fā)布或者是查詢的模式自動(dòng)地向更高層的應(yīng)用傳輸。

數(shù)據(jù)采集框架中的第二層網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接層負(fù)責(zé)把工廠底層的設(shè)備與工廠的信息化系統(tǒng)、把企業(yè)外部的互聯(lián)網(wǎng)和各種云應(yīng)用聯(lián)接起來。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接層促使企業(yè)內(nèi)部的組織和管理結(jié)構(gòu)扁平化，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接層的設(shè)備控制網(wǎng)和企業(yè)信息網(wǎng)也向著合二為一的方向發(fā)展。

第三層是企業(yè)信息化層，這一層的特點(diǎn)是在業(yè)務(wù)過程數(shù)字化的基礎(chǔ)上，把設(shè)備傳感層的數(shù)據(jù)通過OPC UA的客戶端進(jìn)行采集，然后保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫、云端數(shù)據(jù)庫或者是傳輸?shù)狡髽I(yè)內(nèi)部的其他應(yīng)用系統(tǒng)之中，從而實(shí)現(xiàn)ERP、MES等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成化以及生產(chǎn)上下游的管控一體化。

最上面的一層是智能制造與云制造層，這一層主要的特征是產(chǎn)品的個(gè)性化、設(shè)計(jì)的社會(huì)化和制造的智能化。在圖1的數(shù)據(jù)采集框架中我們可以看出，OPC UA不僅僅是工業(yè)領(lǐng)域通用的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，而且，它還通過信息模型的封裝實(shí)現(xiàn)了智能制造各個(gè)層之間的數(shù)據(jù)語義統(tǒng)一性，因此，OPC UA被稱為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，基于OPC UA的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案具有重要的意義和良好的可行性。

2.2 0PC UA的體系結(jié)構(gòu)

本文介紹的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案以O(shè)PC UA協(xié)議為基礎(chǔ)。OPC UA （OPC UnifiedArchitecture）發(fā)展自傳統(tǒng)的OPC協(xié)議，是目前工業(yè)通信的主要通信協(xié)議。IEC 62541對(duì)OPC UA協(xié)議進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。通過IEC 62541系列標(biāo)準(zhǔn)，我們可以更好地理解OPC UA的規(guī)范和體系結(jié)構(gòu)。IEC 62541系列分為13部分，這13個(gè)部分可以分為三大類：

2.21 核心類規(guī)范

核心類規(guī)范給出了地址空間、信息模型，訂閱、通知、服務(wù)集等重要概念的解釋，描述了OPC UA典型的目標(biāo)應(yīng)用、系統(tǒng)架構(gòu)、服務(wù)架構(gòu)和客戶端架構(gòu)。核心規(guī)范的第四部分服務(wù)和第七部分子集協(xié)議規(guī)定了服務(wù)器和客戶端可以調(diào)用的服務(wù)集，這些服務(wù)集包括發(fā)現(xiàn)服務(wù)集、安全通道服務(wù)集、節(jié)點(diǎn)服務(wù)集、屬性服務(wù)集、查詢服務(wù)集等10個(gè)服務(wù)集。這些服務(wù)集中的服務(wù)可供OPC UA的服務(wù)器、客戶端和其他終端節(jié)點(diǎn)調(diào)用。

2.2.2 訪問類型規(guī)范

訪問類型規(guī)范規(guī)定了如何通過OPC UA進(jìn)行不同類型的數(shù)據(jù)訪問（DA、A&E、HAD等），OPC UA這種一致、完整的地址空間和服務(wù)模型，解決了過去同一系統(tǒng)的信息不能以統(tǒng)一方式被訪問的問題，使得OPC UA的配置時(shí)間和整個(gè)工程的時(shí)間也因此可以大大縮短。

2.2.3 應(yīng)用類規(guī)范

應(yīng)用類規(guī)范包括Discovery和Aggregates兩部分，它們規(guī)定了OPC UA在實(shí)際應(yīng)用中如何解決一些具體技術(shù)問題。

2.3 0PC UA體系的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)

OPC UA之所以能成為工業(yè)通信和數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)，除了它有完整的體系架構(gòu)外，還因?yàn)樗袔讉€(gè)突出的優(yōu)勢(shì)，使它成為一個(gè)更安全、更易集成、更加標(biāo)準(zhǔn)化、更易擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用框架：

2.3.1 跨平臺(tái)

OPC UA不再基于分布式組件對(duì)象模型（DCOM），而是以面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）為基礎(chǔ)，這使得OPC UA具有與其他系統(tǒng)更好的兼容性它不僅可以運(yùn)行于windows平臺(tái)，還可以運(yùn)行于各種Linux和嵌入式平臺(tái)。這種基于服務(wù)的架構(gòu)使得它與傳統(tǒng)的OPC，相比，可以突破局域網(wǎng)的限制，拓展為基于英特網(wǎng)的數(shù)據(jù)訪問。

2.3.2 訪問統(tǒng)一性

OPC UA有效地將原有的OPC規(guī)范（DA、A&E、HDA、命令、復(fù)雜數(shù)據(jù)和對(duì)象類型）集成進(jìn)來，并且提供了一致、完整的地址空間和服務(wù)模型，解決了過去同一系統(tǒng)的信息不能以統(tǒng)一方式被訪問的問題。為了提高傳輸性能，OPC UA消息可以被編碼成XML文本格式或是二進(jìn)制格式，可以使用TCP或是HTTP傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸，使得OPC UA客戶端對(duì)于服務(wù)器的訪問更加靈活方便。

2.3.3 可靠的安全認(rèn)證

OPC UA訪問規(guī)范明確提出了標(biāo)準(zhǔn)安全模型，每個(gè)OPC UA應(yīng)用都必須執(zhí)行OPC UA安全協(xié)議，這在提高互通性的同時(shí)降低了工程維護(hù)和額外配置費(fèi)用。OPC UA的數(shù)據(jù)可靠性來源于幾個(gè)方面：一是基于Session的可靠通信機(jī)制，能夠保證服務(wù)器和客戶端的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定連接;二是數(shù)據(jù)的安全性通過用戶鑒權(quán)、簽名和加密傳輸?shù)燃夹g(shù)來保障，保證了消息的完整性，也防止信息的泄漏;三是OPC UA對(duì)數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)異常有良好的魯棒性，如可配置的超時(shí)、數(shù)據(jù)冗余、自動(dòng)錯(cuò)誤檢查和自動(dòng)恢復(fù)等機(jī)制來預(yù)防數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)異常，從而實(shí)現(xiàn)高可用性。

2.3.4 完善的服務(wù)集

OPC UA服務(wù)集一共包含10個(gè)，如用于發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)O(shè)PC UA服務(wù)器的發(fā)現(xiàn)服務(wù)集;用于打開和關(guān)閉通道的安全通道服務(wù)集等等。這10個(gè)服務(wù)集為構(gòu)建面向服務(wù)的OPC UA數(shù)據(jù)通信架構(gòu)奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3.5 統(tǒng)一的信息模型

OPC UA的地址空間組織方式使得OPCUA可以對(duì)外提供統(tǒng)一的信息模型。OPC UA的某個(gè)具體應(yīng)用的信息模型是開發(fā)者為了實(shí)現(xiàn)特定任務(wù)而對(duì)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)封裝。OPCUA的地址空間由一系列節(jié)點(diǎn)組成，服務(wù)器可以在它們的地址空間中自由地組織它們選擇的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間引用的使用，允許服務(wù)器可以把地址空間組織成分層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，或任何可能的結(jié)構(gòu)混合。地址空間中的節(jié)點(diǎn)用來代表真實(shí)對(duì)象，以及它們的定義和相互之間的引用?？蛻舳丝梢酝ㄟ^使用OPC UA服務(wù)（接口和方法）來訪問節(jié)點(diǎn)。此外，統(tǒng)一對(duì)象模型允許把數(shù)據(jù)訪問，事件報(bào)警，和歷史數(shù)據(jù)訪問功能集成到一個(gè)單一的OPC UA服務(wù)器中。

2.3.6 良好的可擴(kuò)展性

OPC UA良好的可擴(kuò)展性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是OPC UA與其他的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)具有良好的兼容性。除了已經(jīng)納入到OPC UA架構(gòu)下的等之外，OPC UA還支持行業(yè)自定義的信息模型。這些自定義的信息模型包含了基礎(chǔ)信息模型、行業(yè)信息模型，也包括制造商自定義的信息模型，它們?yōu)镺PC UA的應(yīng)用提供了良好的可擴(kuò)展性;OPC UA可擴(kuò)展性的第二個(gè)方面是OPC UA用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄖС诸惖亩x、集成和實(shí)例化，可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展。

2.3.7 通過OPC UA相關(guān)的SDK降低開發(fā)成本

OPC基金會(huì)和IEC組織都提供了一些OPC UA服務(wù)器端和客戶端軟件開發(fā)的SDK工具，這些SDK可以幫助開發(fā)商降低開發(fā)成本，供應(yīng)商也可將更多的精力關(guān)注在為客戶提供更有價(jià)值的產(chǎn)品上。

基于上述原因，OPC UA已經(jīng)成為工業(yè)4 0時(shí)代工業(yè)大數(shù)據(jù)采集的重要實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

2.4 提高OPC UA實(shí)時(shí)性的方法研究

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性有很高的要求，因此，對(duì)于智能制造而言，研究如何提高工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和效率有重要的意義。我們?cè)?.2節(jié)已經(jīng)大致了解了OPCUA的體系結(jié)構(gòu)，本小節(jié)將進(jìn)一步討論OPCUA的數(shù)據(jù)傳輸過程，并討論如何提高OPCUA數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。圖2表示了OPC UA數(shù)據(jù)傳輸過程的模型。

在圖2我們可以看出，基于OPC UA的數(shù)據(jù)采集和傳輸過程從采集物理設(shè)備的模擬量和數(shù)字量開始，到OPC UA的客戶端接收到相關(guān)的變量值的過程一共可以分為三個(gè)階段：

第一階段是物理量的采集過程。在這個(gè)過程之中，服務(wù)器中的實(shí)時(shí)采樣線程周期性地采集物理設(shè)備的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，因此，物理量的采樣周期大小是影響OPC UA數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的第一個(gè)因素;

第二個(gè)階段是服務(wù)器中數(shù)據(jù)監(jiān)控項(xiàng)的采樣過程?？蛻舳擞嗛喠四硞€(gè)服務(wù)器的數(shù)據(jù)監(jiān)控項(xiàng)后，服務(wù)器中就產(chǎn)生對(duì)應(yīng)這個(gè)監(jiān)控項(xiàng)的一個(gè)訂閱，這個(gè)訂閱也周期性地刷新物理量采樣周期獲得的內(nèi)存數(shù)據(jù)映射的值，這個(gè)周期稱為監(jiān)控項(xiàng)的采樣周期。顯而易見，這個(gè)監(jiān)控項(xiàng)的采樣周期也會(huì)影響OPC UA的整體數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性。在監(jiān)控項(xiàng)采樣過程階段，我們可以設(shè)置監(jiān)控項(xiàng)的死角，死角設(shè)置得小，客戶端對(duì)于監(jiān)控項(xiàng)的數(shù)據(jù)變動(dòng)就敏感，但是死角的值設(shè)置得太小則會(huì)造成過于頻繁地向客戶端發(fā)送通知消息，因此，合理設(shè)置監(jiān)控項(xiàng)的死角在實(shí)際應(yīng)用過程中非常重要。

第三個(gè)階段是訂閱數(shù)據(jù)的發(fā)布過程，這個(gè)過程中，服務(wù)器會(huì)向客戶端定期地發(fā)送訂閱中的通知信息，而這個(gè)發(fā)送的周期就是訂閱數(shù)據(jù)的發(fā)布周期。同樣，這個(gè)周期也會(huì)影響OPCUA服務(wù)器和客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

從圖2的OPC UA數(shù)據(jù)傳輸模型我們可以看出，物理量的采樣周期、監(jiān)控項(xiàng)的采樣周期、訂閱數(shù)據(jù)的發(fā)布周期以及監(jiān)控項(xiàng)的死角都會(huì)影響OPC UA的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性，這些周期設(shè)置得過大的話不能實(shí)時(shí)反映數(shù)據(jù)的變化，周期設(shè)置得過小的話，會(huì)增加采集過程的設(shè)備計(jì)算壓力和網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。同樣，監(jiān)控項(xiàng)的死角參數(shù)設(shè)置也需要注意這樣的問題。因此，我們需要在實(shí)際的工程項(xiàng)目中合理配置和動(dòng)態(tài)設(shè)置這些參數(shù)。

3 0PC UA服務(wù)器與客戶端開發(fā)

前面我們提出了基于OPC UA的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的框架，探討了OPC UA的體系結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方法，下面簡(jiǎn)單介紹一下基于OPC UA相關(guān)開發(fā)工具的服務(wù)器和客戶端開發(fā)方法。

3.1 0PC UA服務(wù)器開發(fā)

IEC組織不僅制定了IEC62541的OPCUA標(biāo)準(zhǔn)，而且為方便開發(fā)者開發(fā)OPC UA相關(guān)的服務(wù)器與客戶端，還提供了一個(gè)名為Open6254的SDK。Open6254是一個(gè)基于c語言的開發(fā)OPC UA服務(wù)器和客戶端的開源實(shí)現(xiàn)工具。采用C語言開發(fā)包開發(fā)的程序運(yùn)行速度快，而且對(duì)操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備的配置要求低，可以運(yùn)行于嵌入式設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。圖3簡(jiǎn)要表示了基于Open62541進(jìn)行服務(wù)器開發(fā)的技術(shù)模型。

Open62541以函數(shù)調(diào)用的方式提供服務(wù)器配置、服務(wù)器生命周期管理、節(jié)點(diǎn)管理、引用管理、節(jié)點(diǎn)讀寫、方法管理等功能，例如我們可以調(diào)用上圖服務(wù)器生命周期管理模塊中的UA_Server_run_startup，UA Server_run， UA Server run iterate， UA Server runshutdown、UA Server_ delete等函數(shù)來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)閉、刪除等功能。我們可以用Attribute Service Set，NodeManagementService Set，Monitoredltem等服務(wù)集之中的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)屬性管理、節(jié)點(diǎn)管理、監(jiān)控項(xiàng)管理等功能。在Server Configuration中，UAUsemamePasswordLogin結(jié)構(gòu)體包含了連接該服務(wù)器的賬號(hào)和密碼以保證通信的安全。此外，在變量與物理過程映射模塊，在運(yùn)行的過程中有三種更新設(shè)備變量的方法：

（1）手動(dòng)更新變量;

（2）通過回調(diào)函數(shù)更新變量;

（3）通過數(shù)據(jù)源來更新變量。OPC UA客戶端通過接收服務(wù)器發(fā)布的通知來獲得最新的數(shù)據(jù)。

3.2 0PC UA客戶端開發(fā)

在上述的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控方案中，OPCUA客戶端起到向下采集底層設(shè)備的狀態(tài)、向上與企業(yè)層生產(chǎn)計(jì)劃和管理軟件相聯(lián)系的作用。我們可以在PC端工作站中利用.net的OPC UA SDK來開發(fā)和部署客戶端。

OPC UA SDK（OPC UA軟件開發(fā)包）是一套可以讓人在NET開發(fā)環(huán)境中快速開發(fā)UA應(yīng)用的開發(fā)接口庫和可執(zhí)行程序。OPCUA SDK包含客戶端開發(fā)和配置工具。OPCUA SDK實(shí)現(xiàn)了IEC 62541中定義的所有服務(wù)、協(xié)議棧、消息終端、安全協(xié)議和傳輸協(xié)議。

如圖4所示，我們可以用OPC UA SDK來開發(fā)Client、Server和Webservice。OPCUA SDK的結(jié)構(gòu)如下圖虛線框中部分所示，它由四部分組成：Comlnterop提供了傳統(tǒng)的OPC和OPC UA之間的無縫的互操作性。ConfigurationTool用作UA應(yīng)用的安全和COM互操作性的配置工具。Stack是.NET環(huán)境的OPC UA協(xié)議棧庫。SDK包含了六個(gè)部分：其中，Controls是一組控件，我們?cè)陂_發(fā)客戶端程序的時(shí)候可以直接使用這些控件，例如在Common控件組中，我們可以使用DiscoveredServerListCtrl控件來列出某個(gè)地址主機(jī)的上的server，用ConnectServerCtrl控件來連接server等。Client lib則是我們?cè)陂_發(fā)客戶端程序時(shí)可以使用的一些類和函數(shù)，例如創(chuàng)建監(jiān)控項(xiàng)的Monitoredltem類和創(chuàng)建訂閱的Subscription類。由此可見，有了這個(gè)OPCUA SDK，我們無需自己去實(shí)現(xiàn)OPC UA的底層通信協(xié)議，而只要使用控件和調(diào)用相應(yīng)的client development toolkits就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控方面的應(yīng)用。

使用上述工具和方法來開發(fā)OPC UA客戶端，客戶端與服務(wù)器的平臺(tái)性質(zhì)無關(guān)，ConfigurationTool組件保證了客戶端訪問的安全性，Stack中的UA Core lib實(shí)現(xiàn)了IEC62541標(biāo)準(zhǔn)中的底層棧和協(xié)議，具有很好的通用性。client development toolkits中用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)的類既可以被繼承，也可以根據(jù)需要來被重構(gòu)。通過Net平臺(tái)的OPC UASDK，我們還可以面向企業(yè)級(jí)應(yīng)用來開發(fā)相應(yīng)的Webservice，從而滿足智能制造系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控方面的更多的需求。

4 小結(jié)

智能制造是世界各國(guó)工業(yè)發(fā)展計(jì)劃的目標(biāo)，然而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)底層數(shù)據(jù)的采集、傳輸過程中遇到的協(xié)議不統(tǒng)一、實(shí)時(shí)性有待提高、相關(guān)程序開發(fā)難度大等也是業(yè)界普遍遇到的問題。本文從這些解決這些實(shí)際問題出發(fā)，提出基于OPC UA的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集框架，介紹了框架中包含的各個(gè)層的內(nèi)容和框架中采用的數(shù)據(jù)協(xié)議與數(shù)據(jù)接口。本文還以O(shè)PC UA的體系結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，探討了OPC UA數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的優(yōu)化方法，最后分別介紹了基于Open62541開發(fā)包的服務(wù)器開發(fā)方法和基于net的OPC UA SDK的客戶端開發(fā)方法。

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