OPC UA — Strukturirani podaci do oblaka

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) je industrijski komunikacijski protokol i okvir za OT, IT i cloud integraciju uređaja i strojeva u industrijskom okruženju.

Ključne značajke OPC UA uključuju:

• Neovisnost platforme
• Sigurna razmjena podataka
• Skalabilnost od ugrađenih uređaja do korporativnih sustava
• Jedinstveni informacijski modeli za različite industrijske domene

OPC UA se široko koristi u industrijskoj automatizaciji, proizvodnji, energetici i drugim sektorima kako bi se omogućila interoperabilnost i integracija različitih sustava i komponenti.

OPC UA doživio je nekoliko evolucija, a specifikacija je rasla korak po korak:

• OPC UA klijent/poslužitelj definira pristup zahtjeva/odgovora koji ima nekoliko slučajeva upotrebe, uključujući čitanje/pisanje oznaka, metode poziva i slanje događaja/alarma
• OPC UA PubSub (14. dio) definira novi pristup s arhitekturom Publish and Subscribe - omogućujući komunikaciju jedan na više (Multi-Cast), kao i povezivanje u oblaku putem MQTT-a
• OPC UA Safety (Dio 15) definira način neovisan od dobavljača za razmjenu podataka o stroju vezanih za sigurnost putem klijenta/poslužitelja ili PubSuba

Ukratko, OPC UA klijent inicira komunikaciju i traži podatke ili usluge, dok OPC UA poslužitelj odgovara na zahtjeve klijenta i pruža potrebne informacije ili funkcionalnost.

OPC UA klijent:

• Klijent može biti softverska aplikacija koja radi na računalu, sučelje čovjek-stroj (HMI), sustav nadzorne kontrole i prikupljanja podataka (SCADA) ili bilo koji drugi uređaj ili sustav koji treba pristupiti podacima s OPC UA poslužitelja.

OPC UA poslužitelj:

• Poslužitelj je obično uređaj, kontroler ili softverska aplikacija koja posjeduje podatke ili funkcije kojima klijenti žele pristupiti.
• Poslužitelj izlaže svoje podatke i usluge putem standardiziranog OPC UA sučelja, omogućujući klijentima čitanje, pisanje i pretplatu na dostupne informacije.
• Poslužitelj je odgovoran za upravljanje klijentskim vezama, rukovanje sigurnošću i osiguravanje integriteta i dostupnosti podataka koje pruža.

U nastavku je navedeno nekoliko primjera iz Siemensovog portfelja proizvoda:

• Siemens SIMATIC kontroleri (S7-1200, S7-1500) mogu djelovati kao OPC UA poslužitelj ili klijent, pružajući pristup njihovim procesnim podacima i dijagnostiku.
• Siemens SIMATIC HMI uređaji (npr. Unified Comfort Panels, Mobile Panels) mogu se konfigurirati kao OPC UA poslužitelji ili klijenti.
• Siemens SINAMICS pogoni i SIMOTION kontroleri pokreta također se mogu postaviti kao OPC UA poslužitelji.
• Siemens SCADA sustavi, kao što su SIMATIC WinCC ili OA, pružaju OPC UA poslužiteljsku ili klijentsku funkcionalnost.
• Siemens inženjerski softver, poput TIA Portal Portala, može koristiti mogućnosti OPC UA klijenta za integraciju podataka s različitih OPC UA poslužitelja.
• Besplatni alat Siemens OPC UA Modeling Editor (SioMe) pomaže vam da kreirate vlastite OPC UA informacijske modele ili mapirate postojeće popratne specifikacije.

Uz to, Siemens nudi specifične OPC UA proizvode, poput SIMATIC NET OPC UA poslužitelja, koji pruža samostalno OPC UA poslužiteljsko rješenje za integraciju naslijeđenih uređaja i sustava u moderne arhitekture zasnovane na OPC UA.

OPC UA FX je specijalizirani komunikacijski profil unutar OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) okvira, posebno dizajniran za rješavanje složenih komunikacijskih zahtjeva i komponenti automatizacije u modernim industrijskim sustavima upravljanja.

Ključni događaji:

• Konceptualizacija je započela 2018. godine
• Službeni OPC UA FX standard Controller-to-Controller (C2C) službeno je objavljen 2022

Tehnička arhitektura:

OPC UA FX Controller-to-Controller (C2C) Standard integrira više naprednih OPC UA tehnologija kako bi se omogućila besprijekorna međusobna povezanost između kontrolera automatizacije (PLC).

• Funkcionalnost poslužitelja/klijenta pruža informacijski model za strukturiranje podataka, kao i inženjersko i konfiguracijsko sučelje
• PubSub komunikacija omogućuje učinkovitu komunikaciju u stvarnom vremenu između više partnera (komunikacija jedan na mnogo) putem UDP-a
• Izvanmrežni format datoteke određen za integraciju neovisnu o dobavljaču u inženjerski softver

Osnovni ciljevi:

• Standardizirati komunikacijske protokole između industrijskih kontrolera
• Poboljšati interoperabilnost na različitim platformama za automatizaciju
• Poboljšati učinkovitost i pouzdanost razmjene podataka u složenim industrijskim mrežama

Potencijalne primjene:

• Automatizacija proizvodnje
• Process control systems
• Implementacije industrijskog IoT-a (Internet stvari)
• Komunikacija stroj-stroj u pametnim tvornicama

Sve u svemu, trenutno stanje OPC UA FX može se okarakterizirati kao rad u tijeku. Iako je specifikacija zrela i industrija aktivno angažirana, široko rasprostranjeno usvajanje i implementacija OPC UA FX proizvoda još je u ranoj fazi.

Razvoj specifikacija:

• Standardizacija komunikacije od kontrolera do kontrolera (C2C) je završena
• Najnovija verzija OPC UA FX specifikacije je 1.00.02, koja je objavljena 2024.
• OPC UA FX specifikaciju aktivno razvija i usavršava OPC Foundation, organizacija odgovorna za OPC UA standarde.

Usvajanje i provedba:

• Usvajanje i implementacija OPC UA FX od strane dobavljača automatizacije još je u ranoj fazi.
• Dok su neke velike tvrtke za automatizaciju, poput Siemensa, izrazile podršku OPC UA FX, dostupnost OPC UA FX proizvoda trenutno je ograničena.

Prihvaćanje i svijest o industriji:

• Svijest i razumijevanje OPC UA FX unutar zajednice industrijske automatizacije postupno se povećava.
• Međutim, široko rasprostranjeno usvajanje i prihvaćanje OPC UA FX još uvijek je u tijeku, jer industrija prelazi s propitarnih komunikacijskih protokola na OPC UA rješenja koja nisu zaštićena od dobavljača.

Razvoj ekosustava:

• Zaklada OPC i njezine tvrtke članice aktivno rade na izgradnji ekosustava oko OPC UA FX.
• To uključuje razvoj alata, smjernica i resursa za podršku implementaciji i integraciji OPC UA FX sustava, kao i program certifikacije za FX proizvode.

Siemens je pobornik OPC UA i OPC UA FX i Bila je jedna od početnih tvrtki inicijative FLC (Field-Level Communication) koja je određivala OPC UA FX standard.

Siemens je sudjelovao u plugfestu dokaza koncepta s drugim dobavljačima kako bi pokazao upotrebljivost i izvedivost koncepta Controller-to-Controller (C2C). Uvid u ovu radnu grupi/plugfest možete pronaći tu.

PROFINET i dalje je Siemensovo primarno rješenje, pružajući industrijski dokazane i robusne komunikacijske performanse za industrijske mreže sve do iOS-a na terenskoj razini.

Siemens ostaje otvoren za projekt Controller-to-Device (C2D), koji je tek nedavno ušao u fazu koncepta i trebat će više vremena da bude detaljan i provjeren radnim prototipovima. Implementacija C2D u Siemensove proizvode ovisit će o razvoju tržišta i tehnološkoj zrelosti.

TSN:

TSN označava umrežavanje osjetljivo na vrijeme. To je skup različitih standarda za prijenos podataka u Ethernet mrežama. Te standarde trenutno definira organizacija za standardizaciju za komunikaciju zasnovanu na Ethernetu IEEE 802.1.

TSN se također sastoji od niza pojedinačnih standarda koji uglavnom proširuju sloj podatkovne veze (sloj 2 ISO-OSI modela) komunikacijskog sustava. TSN stoga nije cjelovit komunikacijski protokol, već osnovna tehnologija koju mogu koristiti aplikacije više razine.

OPC FX:

Trenutna OPC UA FX specifikacija za komunikaciju od kontrolera do kontrolera (C2C) oslanja se na User Datagram Protocol (UDP) za prijenos paketa podataka preko mreže.

Stoga se OPC UA FX može koristiti s današnjim standardnim Ethernet mrežnim instalacijama kako bi se postigla razmjena podataka visokih performansi.

Međutim, s proširenjem TSN-a u tvorničkoj automatizaciji, sve OPC UA FX aplikacije za C2C moći će koristiti TSN hardver i imati koristi od TSN mehanizama i prednosti TSN mreže:

• Kvaliteta usluge (QoS), uključujući rezervaciju propusnosti
• Sinkronizacija
• Niska kašnjenja
• Besprijekorna redundantnost

OPC UA je standard industrijske interoperabilnosti i nudi brojne pogodnosti za industriju, kao što su:

• Neovisnost platforme — od ugrađenih mikrokontrolera do infrastrukture zasnovane na oblaku
• Integrirana sigurnost - šifriranje, provjera autentičnosti i nadzor
• Sveobuhvatno modeliranje informacija - definicija složenih informacija (poput pratećih specifikacija kao što je PackML)
• Funkcionalna sigurnost — temeljena na dokazanim mehanizmima ProfiSafe

Da, jer OPC UA ima svoje prednosti u vertikalnoj komunikaciji i umrežavanju strojeva na razini kontrole, dok PROFINET ispunjava sve zahtjeve na terenu. Zato strategija u Siemens ostaje ista:

• Kontrolna razina i više = OPC UA, također moguće sa sigurnošću
• Razina polja = PROFINET