OPC UA — Date structurate până la cloud

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) este un protocol și cadru de comunicare industrială pentru integrarea OT, IT și cloud a dispozitivelor și mașinilor în mediul industrial.

Caracteristicile cheie ale OPC UA includ:

• Independența platformei
• Schimb securizat de date
• Scalabilitate de la dispozitive încorporate la sisteme de întreprindere
• Modele informatice unificate pentru diferite domenii industriale

OPC UA este utilizat pe scară largă în automatizarea industrială, producție, energie și alte sectoare pentru a permite interoperabilitatea și integrarea între diverse sisteme și componente.

OPC UA a suferit mai multe evoluții, iar specificația a crescut pas cu pas:

• OPC UA Client/Server definește o abordare de solicitare/răspuns care are mai multe cazuri de utilizare, inclusiv citirea/scrierea etichetelor, metodele de apelare și trimiterea evenimentelor/alarmelor
• OPC UA PubSub (Partea 14) definește o nouă abordare cu o arhitectură Publish and Subscribe - permițând comunicarea unu-la-mulți (Multi-Cast), precum și conectivitatea în cloud prin MQTT
• OPC UA Safety (Partea 15) definește o modalitate independentă de furnizor de a face schimb de date despre mașini legate de siguranță prin client/server sau PubSub

Pe scurt, clientul OPC UA inițiază comunicarea și solicită date sau servicii, în timp ce serverul OPC UA răspunde solicitărilor clientului și oferă informațiile sau funcționalitatea necesară.

Client OPC UA:

• Clientul poate fi o aplicație software care rulează pe un computer, o interfață om-mașină (HMI), un sistem de supraveghere de control și achiziție de date (SCADA) sau orice alt dispozitiv sau sistem care trebuie să acceseze date de pe serverul OPC UA.

Serverul OPC UA:

• Serverul este de obicei un dispozitiv, un controler sau o aplicație software care deține datele sau funcționalitatea pe care clienții doresc să le acceseze.
• Serverul își expune datele și serviciile printr-o interfață standardizată OPC UA, permițând clienților să citească, să scrie și să se aboneze la informațiile disponibile.
• Serverul este responsabil pentru gestionarea conexiunilor clientului, gestionarea securității și asigurarea integrității și disponibilității datelor pe care le furnizează.

În cele ce urmează, sunt enumerate câteva exemple din portofoliul de produse Siemens:

• Controlerele Siemens SIMATIC (S7-1200, S7-1500) pot acționa ca server sau client OPC UA, oferind acces la datele de proces și diagnosticare.
• Dispozitivele Siemens SIMATIC HMI (de exemplu, Unified Comfort Panels, Mobile Panels) pot fi configurate ca servere OPC UA sau clienți.
• Unitățile Siemens SINAMICS și controlerele de mișcare SIMOTION pot fi, de asemenea, configurate ca servere OPC UA.
• Sistemele Siemens SCADA, cum ar fi SIMATIC WinCC sau OA oferă funcționalitate OPC UA server sau client.
• Software-ul de inginerie Siemens, cum ar fi TIA Portal, poate utiliza capabilitățile clientului OPC UA pentru a integra date de la diverse servere OPC UA.
• Instrumentul gratuit Siemens OPC UA Modeling Editor (SIOMe) vă ajută să creați propriile modele de informații OPC UA sau să cartografiați specificațiile însoțitoare existente.

În plus, Siemens oferă produse OPC UA specifice, cum ar fi SIMATIC NET OPC UA Server, care oferă o soluție independentă de server OPC UA pentru integrarea dispozitivelor și sistemelor vechi în arhitecturi moderne bazate pe OPC UA.

OPC UA FX este un profil de comunicare specializat în cadrul OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), conceput special pentru a răspunde cerințelor complexe de comunicare și a componentelor de automatizare în sistemele moderne de control industrial.

Evoluții cheie:

• Conceptualizarea a început în 2018
• Standardul oficial OPC UA FX Controller-to-Controller (C2C) a fost lansat oficial în 2022

Arhitectura tehnică:

OPC UA FX Controller-to-Controller (C2C) Standard integrează mai multe tehnologii avansate OPC UA pentru a permite interconectivitatea perfectă între controlerele de automatizare (PLC).

• Funcționalitatea Server/Client oferă un model de informații pentru structurarea datelor, precum și o interfață de inginerie și configurare
• Comunicarea PubSub permite o comunicare eficientă, în timp real, între mai mulți parteneri (comunicare unu-la-mulți) prin UDP
• Format de fișier offline specificat pentru integrarea independentă de furnizor în software-ul de inginerie

Obiective de bază:

• Standardizarea protocoalelor de comunicare între controlerele industriale
• Îmbunătățirea interoperabilității între diferite platforme de automatizare
• Îmbunătăţirea eficienţei şi fiabilităţii schimbului de date în reţelele industriale complexe

Aplicații potențiale:

• Automatizarea producției
• Process control systems
• Implementări industriale IoT (Internet of Things)
• Comunicarea mașină-mașină în fabrici inteligente

În general, starea actuală a OPC UA FX poate fi caracterizată ca o lucrare în curs de desfășurare. În timp ce specificația este matură și industria este implicată activ, adoptarea și implementarea pe scară largă a produselor compatibile OPC UA FX sunt încă în stadii incipiente.

Dezvoltarea specificațiilor:

• Standardizarea comunicării controler-to-controller (C2C) este completă
• Cea mai recentă versiune a specificației OPC UA FX este 1.00.02, care a fost lansată în 2024.
• Specificația OPC UA FX este dezvoltată și rafinată activ de către Fundația OPC, organizația responsabilă de standardele OPC UA.

Adoptarea și implementarea:

• Adoptarea și implementarea OPC UA FX de către furnizorii de automatizări este încă într-un stadiu incipient.
• În timp ce unele companii importante de automatizare, cum ar fi Siemens, și-au exprimat sprijinul pentru OPC UA FX, disponibilitatea produselor compatibile cu OPC UA FX este în prezent limitată.

Acceptarea și conștientizarea industriei:

• Conștientizarea și înțelegerea OPC UA FX în cadrul comunității de automatizare industrială crește treptat.
• Cu toate acestea, adoptarea și acceptarea pe scară largă a OPC UA FX este încă în curs de desfășurare, deoarece industria trece de la protocoalele de comunicare propice la soluții OPC UA independente de furnizor.

Dezvoltarea Ecosistemului:

• Fundația OPC și companiile sale membre lucrează activ pentru a construi un ecosistem în jurul OPC UA FX.
• Aceasta include dezvoltarea de instrumente, linii directoare și resurse pentru a sprijini implementarea și integrarea sistemelor bazate pe OPC UA FX, precum și un program de certificare pentru produsele FX.

Siemens este un susținător al OPC UA și OPC UA FX și A fost una dintre primele companii a inițiativei FLC (Field-Level Communication) care a specificat standardul OPC UA FX.

Siemens a participat la un plugfest de proof-of-concept cu alți furnizori pentru a prezenta utilitatea și fezabilitatea conceptului Controller-to-Controller (C2C). Informații despre acest grup de lucru/plugfest pot fi găsite aici.

PROFINET continuă să fie soluția principală Siemens, oferind performanțe de comunicare robuste și dovedite în industrie pentru rețelele industriale până la iOS la nivel de teren.

Siemens rămâne deschis proiectului Controller-to-Device (C2D), care a intrat recent în faza de concept și va avea nevoie de mai mult timp pentru a fi detaliat și verificat cu prototipuri de lucru. Implementările C2D în produsele Siemens vor depinde de dezvoltarea pieței și de maturitatea tehnologică.

TSN:

TSN înseamnă rețea sensibilă la timp. Este un set de standarde diferite pentru transmiterea datelor în rețelele Ethernet. Aceste standarde sunt în prezent definite de organizația de standardizare pentru comunicații bazate pe Ethernet IEEE 802.1.

TSN constă, de asemenea, dintr-o serie de standarde individuale care extind în principal stratul de legătură de date (Stratul 2 al modelului ISO-OSI) al sistemului de comunicații. Prin urmare, TSN nu este un protocol complet de comunicare, ci mai degrabă o tehnologie de bază care poate fi utilizată de aplicații de nivel superior.

OPC FX:

Specificația actuală OPC UA FX pentru comunicarea Controller-to-Controller (C2C) se bazează pe User Datagram Protocol (UDP) pentru a transfera pachetele de date printr-o rețea.

Prin urmare, OPC UA FX poate fi utilizat cu instalațiile de rețea Ethernet standard de astăzi pentru a realiza un schimb de date de înaltă performanță.

Cu toate acestea, odată cu extinderea TSN în automatizarea fabricii, toate aplicațiile OPC UA FX pentru C2C vor putea utiliza hardware-ul TSN și vor beneficia de mecanismele TSN și avantajele unei rețele TSN:

• Calitatea serviciului (QoS), inclusiv rezervarea lățimii de bandă
• Sincronizare
• Latențe reduse
• Redundanță fără întreruperi

OPC UA este standardul de interoperabilitate industrială și oferă multe beneficii pentru industrie, cum ar fi:

• Independența platformei — de la microcontrolere încorporate la infrastructura bazată pe cloud
• Securitate integrată - criptare, autentificare și monitorizare
• Modelarea informațională cuprinzătoare - definirea informațiilor complexe (cum ar fi specificațiile însoțitoare, cum ar fi PackML)
• Securitate funcțională — bazată pe mecanisme ProfiSafe dovedite

Da, pentru că OPC UA are punctele sale forte în comunicarea verticală și crearea de rețele de mașini la nivel de control, în timp ce PROFINET îndeplinește toate cerințele din domeniu. De aceea strategia de la Siemens rămâne aceeași:

• Nivel de control și mai sus = OPC UA, posibil și cu siguranță
• Nivelul câmpului = PROFINET