OPC UA — Des données structurées jusqu'au cloud

L'OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) est un protocole et un framework de communication industriels destinés à l'intégration OT, informatique et cloud d'appareils et de machines dans l'environnement industriel.

Les principales fonctionnalités de l'OPC UA sont les suivantes :

• Indépendance de la plateforme
• Échange de données sécurisé
• Évolutivité, des appareils intégrés aux systèmes d'entreprise
• Modèles d'information unifiés pour différents domaines industriels

L'OPC UA est largement utilisé dans l'automatisation industrielle, la fabrication, l'énergie et d'autres secteurs pour permettre l'interopérabilité et l'intégration entre divers systèmes et composants.

L'OPC UA a connu plusieurs évolutions, et ses spécifications ont évolué petit à petit :

• Le client/serveur OPC UA définit une approche requête/réponse qui comporte plusieurs cas d'utilisation, notamment la lecture/écriture de balises, les méthodes d'appel et l'envoi d'événements/alarmes
• OPC UA PubSub (partie 14) définit une nouvelle approche grâce à une architecture de publication et d'abonnement, qui permet une communication un-à-plusieurs (multidiffusion) ainsi que la connectivité au cloud via MQTT
• L'OPC UA Safety (partie 15) définit un moyen indépendant du fournisseur d'échanger des données relatives à la sécurité des machines via un client/serveur ou PubSub

En résumé, le client OPC UA initie la communication et demande des données ou des services, tandis que le serveur OPC UA répond aux demandes du client et fournit les informations ou fonctionnalités nécessaires.

Client OPC UA :

• Le client peut être une application logicielle exécutée sur un ordinateur, une interface homme-machine (HMI), un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) ou tout autre appareil ou système ayant besoin d'accéder aux données depuis le serveur OPC UA.

Serveur OPC UA :

• Le serveur est généralement un appareil, une manette ou une application logicielle qui possède les données ou les fonctionnalités auxquelles les clients souhaitent accéder.
• Le serveur expose ses données et ses services via une interface OPC UA standardisée, qui permet aux clients de lire, d'écrire et de s'abonner aux informations disponibles.
• Le serveur est chargé de gérer les connexions des clients, de gérer la sécurité et de garantir l'intégrité et la disponibilité des données qu'il fournit.

Voici quelques exemples tirés de la gamme de produits Siemens :

• Les contrôleurs Siemens SIMATIC (S7-1200, S7-1500) peuvent faire office de serveur ou de client OPC UA, en donnant accès à leurs données de processus et à leurs diagnostics.
• Les appareils SIMATIC HMI Siemens (par exemple, les panneaux de confort unifiés, les panneaux Mobiles) peuvent être configurés en tant que serveurs ou clients OPC UA.
• Les variateurs SINAMICS Siemens et les contrôleurs de mouvement SIMOTION peuvent également être configurés en tant que serveurs OPC UA.
• Les systèmes SCADA Siemens, tels que SIMATIC WinCC ou OA, fournissent des fonctionnalités de serveur ou de client OPC UA.
• Les logiciels d'ingénierie de Siemens, comme TIA Portal, peuvent utiliser les fonctionnalités du client OPC UA pour intégrer des données provenant de différents serveurs OPC UA.
• L'outil gratuit Siemens OPC UA Modeling Editor (SiOMe) vous aide à créer vos propres modèles d'information OPC UA ou à cartographier les spécifications complémentaires existantes.

Siemens propose également des produits OPC UA spécifiques, tels que le serveur SIMATIC NET OPC UA, qui fournit une solution de serveur OPC UA autonome permettant d'intégrer des appareils et systèmes existants dans des architectures modernes basées sur OPC UA.

OPC UA FX est un profil de communication spécialisé au sein du framework OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), spécialement conçu pour répondre aux exigences de communication complexes et aux composants d'automatisation des systèmes de contrôle industriels modernes.

Principaux développements :

• La conceptualisation a commencé en 2018
• La norme officielle contrôleur-contrôleur (C2C) OPC UA FX a été officiellement publiée en 2022

Architecture technique :

La norme contrôleur-à-contrôleur (C2C) OPC UA FX intègre plusieurs technologies OPC UA avancées pour permettre une interconnectivité fluide entre les contrôleurs d'automatisation (PLC).

• La fonctionnalité serveur/client fournit un modèle d'information pour structurer les données ainsi qu'une interface d'ingénierie et de configuration
• La communication PubSub permet une communication efficace et en temps réel entre plusieurs partenaires (communication un-à-plusieurs) via UDP
• Format de fichier hors ligne spécifié pour une intégration indépendante de l'éditeur dans les logiciels d'ingénierie

Objectifs principaux :

• Standardiser les protocoles de communication entre les contrôleurs industriels
• Améliorer l'interopérabilité entre les différentes plateformes d'automatisation
• Améliorer l'efficacité et la fiabilité des échanges de données dans les réseaux industriels complexes

Candidatures potentielles :

• Automatisation de la fabrication
• Process control systems
• Implémentations de l'IoT industriel (Internet des objets)
• La communication entre machines dans les usines intelligentes

Dans l'ensemble, l'état actuel d'OPC UA FX peut être considéré comme un travail en cours. Bien que la spécification soit arrivée à maturité et que le secteur soit activement engagé, l'adoption et la mise en œuvre généralisées des produits compatibles OPC UA FX n'en sont qu'à leurs débuts.

Développement des spécifications :

• La normalisation de la communication entre contrôleurs (C2C) est terminée
• La dernière version de la spécification OPC UA FX est la 1.00.02, sortie en 2024.
• La spécification OPC UA FX est activement développée et affinée par la Fondation OPC, l'organisation responsable des normes OPC UA.

Adoption et mise en œuvre :

• L'adoption et la mise en œuvre d'OPC UA FX par les fournisseurs d'automatisation n'en sont qu'à leurs débuts.
• Alors que certaines grandes entreprises d'automatisation, comme Siemens, ont exprimé leur soutien à OPC UA FX, la disponibilité des produits compatibles OPC UA FX est actuellement limitée.

Acceptation et sensibilisation de l'industrie :

• L'OPC UA FX est de mieux en mieux connu et compris au sein de la communauté de l'automatisation industrielle.
• Cependant, l'adoption et l'acceptation généralisées de l'OPC UA FX se poursuivent, alors que le secteur passe des protocoles de communication propriétaires à des solutions OPC UA indépendantes des fournisseurs.

Ecosystem Development :

• La Fondation OPC et ses sociétés membres travaillent activement à la création d'un ecosystem autour d'OPC UA FX.
• Cela inclut le développement d'outils, de directives et de ressources pour soutenir la mise en œuvre et l'intégration des systèmes basés sur OPC UA FX, ainsi qu'un programme de certification pour les produits FX.

Siemens soutient OPC UA et OPC UA FX et était l'une des premières entreprises de l'initiative FLC (Field-Level Communication) qui a défini la norme OPC UA FX.

Siemens a participé à une démonstration de faisabilité avec d'autres fournisseurs afin de démontrer la facilité d'utilisation et la faisabilité du concept contrôleur-à-contrôleur (C2C). Vous trouverez des informations sur ce groupe de travail/ce plugfest ici.

PROFINET continue d'être la principale solution de Siemens, fournissant des performances de communication robustes et éprouvées, pour les réseaux industriels jusqu'aux appareils iOS sur le terrain.

Siemens reste ouverte au projet Controller-to-Device (C2D), qui n'est entré que récemment dans sa phase de conception et qui aura besoin de plus de temps pour être détaillé et vérifié à l'aide de prototypes fonctionnels. Les implémentations C2D dans les produits Siemens dépendront de l'évolution du marché et de la maturité technologique.

TSN :

TSN est l'acronyme de Time Sensitive Networking. Il s'agit d'un ensemble de normes différentes pour la transmission de données sur les réseaux Ethernet. Ces normes sont actuellement définies par l'organisation de normalisation pour les communications basées sur Ethernet, IEEE 802.1.

Le TSN comprend également une série de normes individuelles qui étendent principalement la couche de liaison de données (couche 2 du modèle ISO-OSI) du système de communication. Le TSN n'est donc pas un protocole de communication complet mais une technologie de base qui peut être utilisée par des applications de haut niveau.

OPC USA FIX :

La spécification OPC UA FX actuelle pour la communication entre contrôleurs (C2C) repose sur le protocole UDP (User Datagram Protocol) pour transférer les paquets de données sur un réseau.

L'OPC UA FX peut donc être utilisé avec les installations réseau Ethernet standard actuelles afin de réaliser un échange de données performant.

Cependant, avec l'extension de TSN à l'automatisation industrielle, toutes les applications OPC UA FX pour le C2C pourront utiliser du matériel TSN et bénéficier des mécanismes TSN et des avantages d'un réseau TSN :

• Qualité de service (QoS), y compris la réservation de bande passante
• Synchronisation
• Faibles latences
• Redondance fluide

L'OPC UA est LA norme d'interopérabilité industrielle et offre de nombreux avantages à l'industrie, tels que :

• Indépendance de la plateforme, qu'il s'agisse de microcontrôleurs intégrés ou d'infrastructures basées sur le cloud
• Sécurité intégrée : cryptage, authentification et surveillance
• Modélisation complète des informations : définition d'informations complexes (comme des spécifications complémentaires telles que PackML)
• Sécurité fonctionnelle, basée sur des mécanismes ProfiSafe éprouvés

Oui, car OPC UA possède ses points forts en termes de communication verticale et de mise en réseau des machines au niveau du contrôle, alors que PROFINET répond à toutes les exigences en la matière. C'est pourquoi la stratégie de Siemens reste la même :

• Niveau de contrôle et supérieur = OPC UA, également possible avec Safety
• Niveau du terrain = PROFINET