OPC UA — Dados estruturados até a nuvem

O OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) é um protocolo e estrutura de comunicação industrial para integração de dispositivos e máquinas em OT, TI e nuvem no ambiente industrial.

Os principais recursos do OPC UA incluem:

• Independência da plataforma
• Troca segura de dados
• Escalabilidade de dispositivos embarcados a sistemas corporativos
• Modelos de informação unificados para diferentes domínios industriais

O OPC UA é amplamente utilizado em automação industrial, manufatura, energia e outros setores para permitir a interoperabilidade e a integração entre diversos sistemas e componentes.

O OPC UA passou por várias evoluções e a especificação cresceu passo a passo:

• Cliente/Servidor OPC UA define uma abordagem de solicitação/resposta que tem vários casos de uso, incluindo etiquetas de leitura/gravação, métodos de chamada e envio de eventos/alarmes
• O OPC UA PubSub (Parte 14) define uma nova abordagem com uma arquitetura de publicação e assinatura, permitindo a comunicação de um para muitos (multicast), bem como a conectividade em nuvem via MQTT
• O OPC UA Safety (Parte 15) define uma forma independente do fornecedor de trocar dados de máquinas relacionados à segurança via cliente/servidor ou PubSub

Em resumo, o cliente OPC UA inicia a comunicação e solicita dados ou serviços, enquanto o servidor OPC UA responde às solicitações do cliente e fornece as informações ou funcionalidades necessárias.

Cliente OPC UA:

• O cliente pode ser um aplicativo de software executado em um computador, uma interface homem-máquina (HMI), um sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) ou qualquer outro dispositivo ou sistema que precise acessar dados do servidor OPC UA.

Servidor OPC UA:

• Normalmente, o servidor é um dispositivo, controlador ou aplicativo de software que possui os dados ou a funcionalidade que os clientes desejam acessar.
• O servidor expõe seus dados e serviços por meio de uma interface OPC UA padronizada, permitindo que os clientes leiam, gravem e assinem as informações disponíveis.
• O servidor é responsável por gerenciar as conexões do cliente, lidar com a segurança e garantir a integridade e a disponibilidade dos dados que ele fornece.

A seguir, alguns exemplos do portfólio de produtos da Siemens estão listados:

• Os controladores Siemens SIMATIC (S7-1200, S7-1500) podem atuar como servidor ou cliente OPC UA, fornecendo acesso aos dados e diagnósticos do processo.
• Os dispositivos Siemens SIMATIC HMI (por exemplo, Unified Comfort Panels, Mobile Panels) podem ser configurados como servidores ou clientes OPC UA.
• Os drives Siemens SINAMICS e os controladores de movimento SIMOTION também podem ser configurados como servidores OPC UA.
• Os sistemas Siemens SCADA, como SIMATIC WinCC ou OA, fornecem funcionalidade de servidor ou cliente OPC UA.
• O software de engenharia da Siemens, como o TIA Portal, pode utilizar os recursos do cliente OPC UA para integrar dados de vários servidores OPC UA.
• A ferramenta gratuita Siemens OPC UA Modeling Editor (SiOME) ajuda você a criar seus próprios modelos de informações do OPC UA ou mapear as especificações complementares existentes.

Além disso, a Siemens oferece produtos OPC UA específicos, como o SIMATIC NET OPC UA Server, que fornece uma solução de servidor OPC UA independente para integrar dispositivos e sistemas legados em arquiteturas modernas baseadas em OPC UA.

O OPC UA FX é um perfil de comunicação especializado dentro da estrutura OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), projetado especificamente para atender aos complexos requisitos de comunicação e componentes de automação em sistemas de controle industrial modernos.

Principais desenvolvimentos:

• A conceituação começou em 2018
• O padrão oficial de controlador para controlador (C2C) OPC UA FX foi lançado formalmente em 2022

Arquitetura técnica:

O padrão OPC UA FX Controller-to-Controller (C2C) integra várias tecnologias OPC UA avançadas para permitir uma interconectividade perfeita entre controladores de automação (PLCs).

• A funcionalidade servidor/cliente fornece um modelo de informações para estruturar dados, bem como uma interface de engenharia e configuração
• A comunicação PubSub permite uma comunicação eficiente e em tempo real entre vários parceiros (comunicação de um para muitos) via UDP
• Formato de arquivo off-line especificado para integração independente do fornecedor em software de engenharia

Objetivos principais:

• Padronize os protocolos de comunicação entre controladores industriais
• Melhore a interoperabilidade em diferentes plataformas de automação
• Melhore a eficiência e a confiabilidade da troca de dados em redes industriais complexas

Aplicações potenciais:

• Automação de fabricação
• Process control systems
• Implementações de IoT industrial (Internet das Coisas)
• Comunicação máquina a máquina em fábricas inteligentes

No geral, o estado atual do OPC UA FX pode ser caracterizado como um trabalho em andamento. Embora a especificação esteja madura e o setor esteja ativamente engajado, a ampla adoção e implementação de produtos compatíveis com OPC UA FX ainda estão nos estágios iniciais.

Desenvolvimento de especificações:

• A padronização da comunicação entre controladores (C2C) está completa
• A versão mais recente da especificação OPC UA FX é a 1.00.02, lançada em 2024.
• A especificação OPC UA FX está sendo ativamente desenvolvida e refinada pela OPC Foundation, a organização responsável pelos padrões OPC UA.

Adoção e implementação:

• A adoção e implementação do OPC UA FX pelos fornecedores de automação ainda estão em um estágio inicial.
• Embora algumas grandes empresas de automação, como a Siemens, tenham expressado seu apoio ao OPC UA FX, a disponibilidade de produtos compatíveis com OPC UA FX é atualmente limitada.

Aceitação e conscientização da indústria:

• A consciência e a compreensão do OPC UA FX na comunidade de automação industrial estão aumentando gradualmente.
• No entanto, a ampla adoção e aceitação do OPC UA FX ainda estão em andamento, à medida que o setor faz a transição de protocolos de comunicação proprietários para soluções OPC UA independentes de fornecedores.

Desenvolvimento do Ecossistema:

• A Fundação OPC e suas empresas associadas estão trabalhando ativamente para construir um ecossistema em torno do OPC UA FX.
• Isso inclui o desenvolvimento de ferramentas, diretrizes e recursos para apoiar a implementação e integração de sistemas baseados em OPC UA FX, bem como um programa de certificação para produtos FX.

A Siemens apoia o OPC UA e o OPC UA FX e foi uma das empresas iniciais da iniciativa FLC (Field-Level Communication) que especificou o padrão OPC UA FX.

A Siemens participou de um teste de prova de conceito com outros fornecedores para mostrar a usabilidade e a viabilidade do conceito Controller-to-Controller (C2C). Informações sobre este grupo de trabalho/plugfest podem ser encontradas aqui.

O PROFINET continua sendo a principal solução da Siemens, fornecendo desempenho de comunicação robusto e comprovado pelo setor para redes industriais até iOS em nível de campo.

A Siemens continua aberta ao projeto Controller-to-Device (C2D), que só recentemente entrou na fase de conceito e precisará de mais tempo para ser detalhado e verificado com protótipos funcionais. As implementações C2D nos produtos da Siemens dependerão do desenvolvimento do mercado e da maturidade tecnológica.

DEZ:

TSN significa rede sensível ao tempo. É um conjunto de vários padrões para transmissão de dados em redes Ethernet. Esses padrões estão sendo definidos atualmente pela organização de padronização para comunicação baseada em Ethernet IEEE 802.1.

O TSN também consiste em uma série de padrões individuais que expandem principalmente a camada de enlace de dados (camada 2 do modelo ISO-OSI) do sistema de comunicação. Portanto, o TSN não é um protocolo de comunicação completo, mas sim uma tecnologia básica que pode ser usada por aplicativos de alto nível.

OPC UA FIX:

A especificação atual do OPC UA FX para comunicação entre controladores (C2C) depende do User Datagram Protocol (UDP) para transferir os pacotes de dados por uma rede.

Portanto, o OPC UA FX pode ser usado com as instalações de rede Ethernet padrão atuais para obter uma troca de dados de alto desempenho.

No entanto, com a expansão do TSN na automação de fábrica, todos os aplicativos OPC UA FX para C2C poderão usar o hardware TSN e se beneficiar dos mecanismos TSN e das vantagens de uma rede TSN:

• Qualidade de serviço (QoS), incluindo reserva de largura de banda
• Sincronização
• Baixas latências
• Redundância perfeita

O OPC UA é o padrão de interoperabilidade industrial e oferece muitos benefícios para a indústria, como:

• Independência de plataforma — de microcontroladores embarcados à infraestrutura baseada em nuvem
• Segurança integrada — criptografia, autenticação e monitoramento
• Modelagem abrangente de informações — definição de informações complexas (como especificações complementares, como o PackML)
• Segurança funcional — baseada em mecanismos comprovados do PROFIsafe

Sim, porque o OPC UA tem seus pontos fortes na comunicação vertical e na rede de máquinas no nível de controle, enquanto o PROFINET atende a todos os requisitos no campo. É por isso que a estratégia na Siemens permanece a mesma:

• Nível de controle e superior = OPC UA, também possível com segurança
• Nível de campo = PROFINET