OPC UA — クラウドまでの構造化データ

OPC UA（オープン・プラットフォーム・コミュニケーションズ・ユニファイド・アーキテクチャ）は、産業環境におけるデバイスとマシンのOT、IT、クラウド統合のための産業用通信プロトコルおよびフレームワークです。

OPC UAの主な機能は次のとおりです。

• プラットフォームの独立性
• 安全なデータ交換
• 組み込みデバイスからエンタープライズシステムまでのスケーラビリティ
• さまざまな産業分野の統一情報モデル

OPC UAは、多様なシステムやコンポーネント間の相互運用性と統合を可能にするために、産業オートメーション、製造、エネルギー、その他の分野で広く使用されています。

OPC UAはいくつかの進化を遂げ、仕様も段階的に拡大してきました。

• OPC UAクライアント/サーバーは、タグの読み取り/書き込み、メソッドの呼び出し、イベント/アラームの送信など、いくつかのユースケースがあるリクエスト/レスポンスアプローチを定義します
• OPC UA PubSub（パート14）では、パブリッシュとサブスクライブのアーキテクチャによる新しいアプローチを定義しています。これにより、1対多の通信（マルチキャスト）と、MQTTを介したクラウド接続が可能になります。
• OPC UA Safety（パート15）では、クライアント/サーバーまたはPubSubを介して安全関連の機械データを交換するベンダーに依存しない方法を定義しています

要約すると、OPC UAクライアントは通信を開始してデータやサービスを要求し、OPC UAサーバーはクライアントの要求に応答して必要な情報や機能を提供します。

OPC UAクライアント:

• クライアントには、コンピューター上で動作するソフトウェアアプリケーション、ヒューマンマシンインターフェース（HMI）、監視制御およびデータ収集（SCADA）システム、またはOPC UAサーバーからのデータにアクセスする必要があるその他のデバイスやシステムを使用できます。

OPC UAサーバー:

• サーバーは通常、クライアントがアクセスしたいデータや機能を所有するデバイス、コントローラー、またはソフトウェアアプリケーションです。
• サーバーは、標準化されたOPC UAインターフェイスを通じてデータとサービスを公開し、クライアントが利用可能な情報の読み取り、書き込み、購読できるようにします。
• サーバーは、クライアント接続の管理、セキュリティの処理、提供するデータの整合性と可用性の確保に責任があります。

以下に、Siemens 製品ポートフォリオの例をいくつか示します。

• Siemens SIMATICコントローラー（S7-1200、S7-1500）は、OPC UAサーバーまたはクライアントとして機能し、プロセスデータや診断へのアクセスを提供します。
• Siemens SIMATIC HMI デバイス（ユニファイド・コンフォート・パネル、Mobile・パネルなど）は、OPC UAサーバーまたはクライアントとして構成できます。
• Siemens SINAMICSドライブとSIMOTIONモーションコントローラーは、OPC UAサーバーとしても設定できます。
• SIMATIC WinCC やOAなどのSiemens SCADAシステムは、OPC UAサーバーまたはクライアント機能を提供します。
• TIA Portal などのSiemens エンジニアリングソフトウェアは、OPC UAクライアント機能を利用して、さまざまなOPC UAサーバーからのデータを統合できます。
• 無料のSiemens OPC UAモデリングエディター（SIoME）ツールを使用すると、独自のOPC UA情報モデルを作成したり、既存のコンパニオン仕様をマッピングしたりできます。

さらに、Siemens、従来のデバイスやシステムを最新のOPC UAベースのアーキテクチャに統合するためのスタンドアロンOPC UAサーバーソリューションを提供するSIMATIC NET OPC UAサーバーなど、特定のOPC UA製品を提供しています。

OPC UA FXは、OPC UA（オープン・プラットフォーム・コミュニケーションズ・ユニファイド・アーキテクチャ）フレームワーク内の特殊な通信プロファイルで、現代の産業用制御システムの複雑な通信要件と自動化コンポーネントに対応するように特別に設計されています。

主な開発:

• 概念化は2018年に始まりました
• 公式のOPC UA FXコントローラー・トゥ・Controller（C2C）規格は2022年に正式にリリースされました

技術アーキテクチャ:

OPC UA FXコントローラー間（C2C）標準は、複数の高度なOPC UAテクノロジーを統合して、オートメーションController（PLC）間のシームレスな相互接続を可能にします。

• サーバー/クライアント機能は、データを構造化するための情報モデルと、エンジニアリングおよび構成インターフェースを提供します
• PubSub通信により、UDPを介した複数のパートナー間の効率的でリアルタイムな通信（1対多通信）が可能になります
• ベンダーに依存しないエンジニアリングソフトウェアへの統合用に指定されたオフラインファイル形式

中核目標:

• 産業用コントローラー間の通信プロトコルを標準化してください
• さまざまな自動化プラットフォーム間の相互運用性を高めます
• 複雑な産業ネットワークにおけるデータ交換の効率と信頼性を向上させます

潜在的な用途:

• 製造オートメーション
• Process control systems
• 産業用IoT（モノのインターネット）の実装
• スマートファクトリーにおけるマシンツーマシン通信

全体として、OPC UA FXの現状は、進行中の作業として特徴付けることができます。仕様は成熟しており、業界は積極的に関わっていますが、OPC UA FX対応製品の広範な採用と実装はまだ初期段階です。

仕様開発:

• コントローラー間（C2C）通信の標準化が完了しました
• OPC UA FX仕様の最新バージョンは、2024年にリリースされた1.00.02です。
• OPC UA FX仕様は、OPC UA標準を担当する組織であるOPC財団によって積極的に開発および改良されています。

採用と実装：

• 自動化ベンダーによるOPC UA FXの採用と実装はまだ初期段階です。
• Siemens ようないくつかの大手オートメーション企業はOPC UA FXへの支持を表明していますが、OPC UA FX対応製品の入手は現在限られています。

業界の受容と認識：

• 産業オートメーションコミュニティにおけるOPC UA FXの認識と理解は徐々に高まっています。
• しかし、業界が独自の通信プロトコルからベンダーに依存しないOPC UAソリューションに移行するにつれて、OPC UA FXの広範な採用と受け入れは依然として続いています。

Ecosystem 開発:

• OPC財団とその会員企業は、OPC UA FXを中心としたecosystem 構築に積極的に取り組んでいます。
• これには、OPC UA FXベースのシステムの実装と統合をサポートするツール、ガイドライン、リソースの開発や、FX製品の認定プログラムが含まれます。

Siemens OPC UAとOPC UA FXのサポーターであり、 最初の会社の1つでした OPC UA FX標準を規定したFLC（フィールド・レベル・コミュニケーション）イニシアチブの。

Siemens、Controller 間（C2C）コンセプトの使いやすさと実現可能性を紹介するために、他のベンダーと概念実証プラグフェストに参加しました。このワーキンググループ/プラグフェストに関する洞察を見つけることができます ここ。

PROFINETは引き続きSiemens 主要ソリューションであり、産業ネットワークからフィールドレベルのIOに至るまで、業界で実証済みの堅牢な通信性能を提供します。

Siemens、Controller-to-Device（C2D）プロジェクトに引き続きオープンです。このプロジェクトはコンセプト段階に入ったばかりで、詳細化して動作するプロトタイプで検証するにはもっと時間が必要です。Siemens 製品へのC2Dの実装は、市場の発展と技術的成熟度によって異なります。

TSN:

TSNは時間に敏感なネットワーキングの略です。これは、イーサネットネットワークでデータを送信するためのさまざまな規格のセットです。これらの標準は現在、イーサネットベースの通信の標準化団体IEEE 802.1によって定義されています。

TSNはまた、主に通信システムのデータリンク層（ISO-OSIモデルのレイヤー2）を拡張する一連の個別の標準で構成されています。したがって、TSNは完全な通信プロトコルではなく、より高いレベルのアプリケーションで使用できる基本技術です。

トピックとファックス：

Controller 間（C2C）通信の現在のOPC UA FX仕様では、ユーザーデータグラムプロトコル（UDP）を使用してデータパッケージをネットワーク経由で転送しています。

したがって、OPC UA FXを今日の標準的なイーサネットネットワーク設備で使用して、高性能なデータ交換を実現できます。

しかし、ファクトリー・オートメーションにおけるTSNの拡大により、C2C用のすべてのOPC UA FXアプリケーションでTSNハードウェアを使用できるようになり、TSNネットワークのTSNメカニズムと利点を活用できるようになります。

• 帯域幅の予約を含むサービス品質（QoS）
• 同期
• 低レイテンシー
• シームレスな冗長性

OPC UAは産業相互運用性の標準であり、次のような多くのメリットを産業界にもたらします。

• プラットフォームへの非依存性 — 組み込みマイクロコントローラからクラウドベースのインフラストラクチャまで
• 統合セキュリティ — 暗号化、認証、監視
• 包括的な情報モデリング — 複雑な情報の定義（PackMLなどのコンパニオン仕様など）
• 機能的セキュリティ — 実証済みのProfiSafeメカニズムに基づいています

はい、OPC UAは制御レベルでの機械の垂直通信とネットワーク化に強みがあり、PROFINETはこの分野のすべての要件を満たしています。そのため、Siemens スの戦略は変わりません。

• 管理レベル以上 = OPC UA、セーフティがあれば可能
• フィールドレベル = プロフィネット