多年來PLCopen一直堅持與開放標(biāo)準(zhǔn)化組織合作建立一種開放標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)。譬如與OPC基金會合作開發(fā)IEC 61131-3的信息模型（2010.5發(fā)布），IEC 61131-3 的OPC UA Client FB客戶端功能塊規(guī)范（2015.3發(fā)布），IEC 61131-3的OPC UA Server FB服務(wù)端功能塊規(guī)范（2015.3發(fā)布）。其實在正式發(fā)布這些規(guī)范之前，類似的方法和技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于包裝行業(yè)建立PackML系列規(guī)范（由美國ISA學(xué)會屬下的OMAC專業(yè)委員會開發(fā)），大大簡化了包裝機械與上位生產(chǎn)管理系統(tǒng)的通信。

圖7  運用OPC UA的功能塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信

　　這些標(biāo)準(zhǔn)提升了如今廣泛運用于計算技術(shù)行業(yè)的SOA面向服務(wù)的架構(gòu)的應(yīng)用范圍；同時也推進(jìn)了一度落后于計算技術(shù)和軟件的自動化系統(tǒng)技術(shù)，快速跟上IT技術(shù)的進(jìn)展。

　　運用PLCopen的OPC UA功能塊，使由傳智能感器、控制器與企業(yè)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行系統(tǒng)之間的通信，與云端的通信，與互聯(lián)網(wǎng)通信在可互操作行方面大為簡化和改善。由圖7得知，可通過功能塊UA_Read的執(zhí)行直接將數(shù)據(jù)從PLC讀入MES/HMI，通過功能塊UA_MethodCall的執(zhí)行接將數(shù)據(jù)從PLC送入云端。圖8給出調(diào)用OPC UA模塊實施通信的過程，即準(zhǔn)備：連接、指定連接地址、接通處理；通信處理；通信結(jié)束：結(jié)束處理、斷開連接。

圖8  調(diào)用OPC UA模塊實施通信的過程

　　下面進(jìn)一步分析為什么運用OPC UA能全面滿足工業(yè)4.0和智慧制造系統(tǒng)對通信的要求呢？

　　針對工業(yè)4.0的要求：通信技術(shù)和方法與制造廠、使用范圍、操作系統(tǒng)、編程語言無關(guān)；OPC UA的解決方案是：OPC基金會是獨立于供應(yīng)商的非盈利組織，成員可以是制造廠商，也可以是使用方；OPC UA廣泛運用于自動化領(lǐng)域，也可以用于信息領(lǐng)域，它與使用范圍無關(guān)；OPC UA可在所有的操作系統(tǒng)中運行，即使在芯片級沒有操作系統(tǒng)也一樣可以實現(xiàn)；OPC UA的實現(xiàn)可以使用任何編程語言，常用的有C語言（ANSI C/C+）、.NET和JAVA。
　　針對工業(yè)4.0的要求：聯(lián)網(wǎng)集成的規(guī)模可根據(jù)需要任意剪裁，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備小至傳感器、嵌入式設(shè)備、PLC、PC機及移動手機，大至大型主計算機、云系統(tǒng)，均可使用；還應(yīng)完成各個層級的縱向集成和橫向集成；OPC UA的解決方案是：OPC UA的最小實現(xiàn)只要求15KB存貯空間，目前流行的CPU結(jié)構(gòu)（如Intel、ARM、PPC等）無論是單核還是多核硬件均可使用。OPC UA可用在各種嵌入式設(shè)備，譬如RFID讀入器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等等，實際上也可在任意控制器、SCADA/HMI產(chǎn)品、MES／ERP系統(tǒng)。在一些運用Amazon（亞馬遜）云和微軟Azure云的項目中已經(jīng)成功的使用了OPC UA。
　　針對工業(yè)4.0的要求：在應(yīng)用層面和用戶側(cè)，保證安全的傳輸和傳輸認(rèn)證，OPC UA的解決方案是：在應(yīng)用上，OPC UA采X509（非常通用的證書格式，所有的證書都符合ITU-T X.509國際標(biāo)準(zhǔn)）、Kerberos（為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的可信的第三方認(rèn)證協(xié)議）認(rèn)證或用戶/密碼。采用符號傳輸和封裝的傳輸，以及在堆棧中已經(jīng)提供帶審查功能性的、在數(shù)據(jù)點級別的權(quán)限。

　　針對工業(yè)4.0的要求：為表達(dá)實際產(chǎn)品及其生產(chǎn)步驟的虛擬對象的模型化（建模），要能映射任意復(fù)雜度的信息內(nèi)容，OPC UA的解決方案是：OPC UA不但提供多級分層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而且也支持包括全網(wǎng)格化的網(wǎng)絡(luò)，其全網(wǎng)絡(luò)化和面向?qū)ο蟾拍畹拿臻g，還支持對象描述的元數(shù)據(jù)。對象結(jié)構(gòu)可經(jīng)由相互間引用實例和其類型、類型模型（可通過繼承加以擴展）得以生成。由于服務(wù)器攜帶它們的實例和類型系統(tǒng)，客戶端可通過網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航，得到它們需要的信息。即使是這些客戶端以前未知類的信息型，一樣可以得到。

　　針對工業(yè)4.0的要求：在智能網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)/基本部件的組合中，應(yīng)提供自組織的參與網(wǎng)絡(luò)的性能。也就是說，具備即插即產(chǎn)生的功能，使那些未經(jīng)計劃的自組織的通信可以進(jìn)行。即插即產(chǎn)生的功能具有存取數(shù)據(jù)的描述和所能提供的服務(wù)功能的描述。OPC UA的解決方案是：OPC UA定義了不同的發(fā)現(xiàn)機制，使其能識別在子網(wǎng)中那些具有OPC UA通信能力的設(shè)備及其功能/特性。通過子網(wǎng)的集結(jié)和智能的、無需組態(tài)的的步驟和程序（如Zeroconf），可以識別網(wǎng)絡(luò)新參與者及其地址。
　　結(jié)論
　　（1）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的局限和缺陷阻礙智慧工廠、智慧制造系統(tǒng)、工業(yè)4.0的實施。需要建立一種除實時控制和功能安全控制仍然安排在現(xiàn)場層之外，其他所有的通信服務(wù)都是扁平化的踏通信結(jié)構(gòu)。
　　（2）在選擇滿足這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的解決方案時，首先要考慮的是保留近十幾二十年來企業(yè)和工廠的通信資產(chǎn)和軟件資產(chǎn)。從現(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顩r來看，軟件定義工業(yè)聯(lián)網(wǎng)SDN和OPC UA這兩種解決方案是較為理想的。
　　（3）軟件定義聯(lián)網(wǎng)特別適合把企業(yè)和工廠的IT數(shù)據(jù)中心和OT數(shù)據(jù)中心融合為OT/IT的運營管理系統(tǒng)。
　　（4）根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展的成熟度來看，OPC UA應(yīng)該是近期已獲得足夠?qū)嵺`效果，遠(yuǎn)期也能廣泛運用的通信技術(shù)。在今后工業(yè)通信方向上基于IP的通信絕對是占主要地位，因此OPC UA優(yōu)勢明顯。特別是在垂直集成方面，由于OPC基金會與各種工業(yè)行業(yè)組織的合作十分有效，其不同層次間的語義可互操作性的發(fā)展?jié)摿善凇?br /> 　　（5）傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)在現(xiàn)場實時控制和功能安全控制的作用是不可替代的。完全可以運用OPC UA和軟件定義工業(yè)聯(lián)網(wǎng)SDN來擴展其滿足智慧制造、工業(yè)4.0所要求的通信功能。