1 工业物联网（IIOT）关键技术

典型的物联网是通过信息传感设备，按照约定协议将任意物品接入互联网，组成无时空限制的物联网络拓扑，IIOT 自底向上可分为三层：感知层、网络层和应用层[1]。

工业应用环境中，物联网架构在感知层对数据采集的实时性有着更加严格的要求，传统的物联网中数据采集后需要通过网络层，传输层，应用层，经过处理加工以后，数据按照原路反馈至感知层才可进行下一步操作。由于网络层中以太网和电信网缺乏实时性的保障，在高速率、海量数据的传输中造成数据传输滞后。加上不同企业为了在其管理范围内进行数据采集与监视，都具有自己专有的一套SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即监制与数据采集系统。如何将其与互联网进行有机融合，为区分层级传输与缓存至SCADA 数据库的数据集合，本文在传统物联网架构中增加了现场管理层。工业物联网(IIOT)的典型架构如图1 所示。

图1 IIOT 四层体系架构图

感知层通过传感器、扫描仪、射频等设备进行数据采集。

现场管理层主要指工厂的本地调度管理中心，融合在企业的工业监控系统中。调度中心统筹整个工业系统的数据传输、甄别数据类别、来源，及时处理底层采集的数据，其可编程的特点为整个网络提供快了速数据响应、过程指令控制等功能。此外，通过该层的web 服务器、数据库服务器，调度中心可对外提供数据接口，并将传感器采集的数据实时传输至应用层，对后续数据处理分析与应用起到了重要的作用。

网络层是连接感知层与应用层的桥梁，负责体系中的网络组建，异构网络相连，并依托大数据、云计算等技术进行海量信息智能处理。

应用层位于体系的最上层，通过处理不同的业务需求，整合分析底层传输的数据信息，并对外提供相应的解决方案。

2 面向IIOT 现场管理层的SCADA 系统

SCADA 系统在IIOT 体系结构中面向现场管理层，它可以通过与工业机器人、传感器、PLC 等通讯实现数据采集和设备生产过程监控。同时，也为车间的运营管理提供统一的数据基础，是连接车间MES系统和生产线自动化设备之间的纽带，如图2 所示。

在SCADA 系统中通过多种驱动和协议与设备层进行数据交互，其中过程控制统一架构（OPC UA）提供了统一的标准技术框架，是工业4.0 中解决跨层级数据交互一种数据通信标准。OPC UA作为一种面向服务的协议，其目的是为了使工业化通讯更加标准化[2]。它具有以下优点：

图2 SCADA 系统架构

(1) 传输性能高。OPC UA 数据帧采用二进制或XML 格式进行编码，通信过程中可以根据实际情况需要自动选择传输效率更高的编码类型。此外，OPC UA 还支持HTTP 和TCP/IP 等多种网络协议。在面向上层服务器数据交互时，通常采用XML 格式通过HTTP 进行传递，便于应用层获取结构化数据；而面向设备层时，往往采用二进制格式编码通过TCP/IP 协议通信，以提高底层控制器的访问效率。

(2)通信机制可靠。OPC UA 通过数据加密、标记等技术保证了数据可靠性，拒绝非授权访问导致的信息泄露，同时，OPC UA 的访问规范要求应用程序必须执行安全协议，因此其通信机制可靠性和安全性较高。

(3)平台无关性。OPC UA 协议采用面向服务的架构，独立于操作系统实现，支持多种底层设备的数据通讯接口，使其能更灵活的进行数据交换，可以连接不同厂商的设备，实现自底向上或由上而下的数据集成，极大地增强了其扩展性。

(4)实现统一访问。OPC UA 将地址空间集成到服务端，可以构建复杂的数据结构，用统一抽象的模型描述各类设备，从而实现节点的统一访问。

3 OPC UA 通信模式及应用研究

3.1 OPC UA 通信模式

OPC UA 基于面向对象的信息建模方法，其最小单元称之为节点。通过节点间的引用关系形成层次化结构，将一系列节点统一到地址空间中。节点由节点属性和引用构成,属性是节点特征化数据的抽象描述，引用定义了节点间的关系，如图3 所示。

图3 OPC UA 节点建模

OPC UA 采用Client/Server 模式，如图4 所示，OPC UA 客户端通过通信栈发送请求信息到OPC UA 服务端，服务端对请求数据进行解析，将相应节点数据通过消息栈发送响应信息回传给客户端。

图4 基于C/S 架构的OPC UA 通信模式

OPC UA 的数据通信的一般流程为：

文章来源：《工业技术创新》 网址: http://www.gyjscxzz.cn/qikandaodu/2021/0624/1248.html