工业设备间的通信协议种类多且互不兼容是目前工业自动化行业普遍存在的问题,大、中型工业设备制造商都力推符合自己设备的通信协议成为市场标准,如EtherCAT、Fins、MelsecNet等,它们都有各自的特点但互相之间无法直接交换数据。随着工业4.0和中国制造2025的提出与实现,接口统一性问题已成为制约生产效率的关键因素,无论是升级中的传统工业还是新型工业,都需要一种接口统一的协议规范。互操作性统一标准OPC UA技术就是符合这样要求的一种规范。OPC UA技术由OPC技术发展而来,具有广泛的接口统一性、平台独立性和高安全性的特点。设计一种基于OPC UA规范的硬件和软件系统,对工业设备的监测与控制具有重要意义。论文设计一种基于4G和OPC UA的工业设备监控系统。系统选用网络专用处理器MT7628作为主控芯片,移远科技EC20作为4G通信模块,在接口电路上设计了RS232、RS485、以太网接口、USB接口用于连接现场设备,硬件上还设计了多个按键和LED便于人机交互。基于此硬件移植了Linux嵌入式操作系统,使用Linux API设计了符合OPC UA规范的服务器软件,可以与UA客户端交换数据。在规范的“供应商特定拓展”和“其他组织指定的信息模型的规范”部分设计了一种虚拟PLC,集成了串口透传、虚拟专网、USB透传和固件升级功能,在虚拟PLC协议栈中提出RUDP协议减少延时和丢包,还研究了工业数据加密和实时压缩算法。基于4G和OPC UA的工厂设备监控系统在Linux操作系统上运行稳定,并成功部署在分布式污水处理现场,通过UA客户端实时监控现场的鼓风机、提升泵、压力表和温度表状态信息,4G网络解决了现场联网不便的问题,实现了PLC程序远程调试下载等功能。对于处于升级中的工厂,在保持现有基本结构不变的前提下,本系统以较低成本实现设备的广泛互联互通,包括使用UA客户端无障碍访问各种设备,远程调试下载PLC程序和WEB监控工厂状态等,这对推动工业4.0的发展很有意义。