OPC UA - Strukturirani podaci do oblaka

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

Ključne karakteristike OPC UA uključuju:

• Nezavisnost platforme
• Sigurna razmena podataka
• Skalabilnost od ugrađenih uređaja do sistema preduzeća
• Jedinstveni informacioni 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 između različitih sistema i komponenti.

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

• OPC UA klijent/server definiše pristup zahteva/odgovora koji ima nekoliko slučajeva upotrebe, uključujući čitanje/pisanje oznaka, metode pozivanja i slanje događaja/alarma
• OPC UA PubSub (Deo 14) definiše novi pristup sa arhitekturom Publish and Subscribe - omogućavajući komunikaciju jedan na više (Multi-Cast), kao i povezivanje u oblaku putem MKTT
• OPC UA Safeti (Deo 15) definiše način nezavisan od dobavljača za razmenu podataka o mašini vezanih za bezbednost putem klijenta/servera ili PubSub-a

Ukratko, OPC UA klijent inicira komunikaciju i zahteva podatke ili usluge, dok OPC UA server odgovara na zahteve klijenta i pruža potrebne informacije ili funkcionalnost.

Klijent OPC UA:

• Klijent može biti softverska aplikacija koja radi na računaru, interfejs čovek-mašina (HMI), sistem nadzorne kontrole i prikupljanja podataka (SCADA) ili bilo koji drugi uređaj ili sistem koji treba da pristupi podacima sa OPC UA servera.

OPC UA server:

• Server je obično uređaj, kontroler ili softverska aplikacija koja poseduje podatke ili funkcionalnost kojima klijenti žele da pristupe.
• Server izlaže svoje podatke i usluge putem standardizovanog OPC UA interfejsa, omogućavajući klijentima da čitaju, pišu i pretplate na dostupne informacije.
• Server je odgovoran za upravljanje klijentskim vezama, rukovanje sigurnošću i obezbeđivanje integriteta i dostupnosti podataka koje pruža.

U nastavku je navedeno nekoliko primera iz Siemensovog portfelja proizvoda:

• Siemens SIMATIC kontroleri (S7-1200, S7-1500) mogu delovati kao OPC UA server ili klijent, pružajući pristup njihovim procesnim podacima i dijagnostici.
• Siemens SIMATIC HMI uređaji (npr. Unified Comfort Panels, Mobile paneli) mogu se konfigurisati kao OPC UA serveri ili klijenti.
• Siemens SINAMICS pogoni i SIMOTION kontroleri pokreta takođe se mogu postaviti kao OPC UA serveri.
• Siemens SCADA sistemi, kao što su SIMATIC WinCC ili OA, pružaju OPC UA server ili funkcionalnost klijenta.
• Siemens inženjerski softver, kao što je TIA Portal, može da koristi mogućnosti OPC UA klijenta za integraciju podataka sa različitih OPC UA servera.
• Besplatni alat Siemens OPC UA Modeling Editor (SioMe) pomaže vam da kreirate sopstvene OPC UA informativne modele ili mapirate postojeće prateće specifikacije.

Pored toga, Siemens nudi specifične OPC UA proizvode, kao što je SIMATIC NET OPC UA Server, koji pruža samostalno OPC UA serversko rešenje za integraciju starih uređaja i sistema u moderne arhitekture zasnovane na OPC UA.

OPC UA FKS je specijalizovani komunikacioni profil u okviru OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), posebno dizajniran da odgovori na složene komunikacione zahteve i komponente automatizacije u savremenim industrijskim sistemima upravljanja.

Ključni razvoj događaja:

• Konceptualizacija je počela 2018. godine
• Zvanični OPC UA FKS standard od kontrolera do kontrolera (C2C) zvanično je objavljen 2022

Tehnička arhitektura:

OPC UA FKS Controller-to-Controller (C2C) Standard integriše više naprednih OPC UA tehnologija kako bi omogućio besprekornu međusobnu povezanost između kontrolera automatizacije (PLC).

• Funkcionalnost servera/klijenta pruža informacioni model za strukturiranje podataka, kao i inženjerski i konfiguracioni interfejs
• PubSub komunikacija omogućava efikasnu komunikaciju u realnom vremenu između više partnera (komunikacija jedan na mnogo) putem UDP-a
• Format datoteke van mreže određen za integraciju nezavisnu od dobavljača u inženjerski softver

Osnovni ciljevi:

• Standardizujte komunikacijske protokole između industrijskih kontrolera
• Poboljšajte interoperabilnost na različitim platformama za automatizaciju
• Poboljšati efikasnost i pouzdanost razmene podataka u složenim industrijskim mrežama

Potencijalne aplikacije:

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

Sve u svemu, trenutno stanje OPC UA FKS može se okarakterisati kao rad u toku. Iako je specifikacija zrela i industrija je aktivno angažovana, široko rasprostranjeno usvajanje i primena proizvoda sa omogućenim OPC UA FKS još uvek je u ranoj fazi.

Razvoj specifikacija:

• Standardizacija komunikacije kontroler-kontroler (C2C) je završena
• Najnovija verzija OPC UA FKS specifikacije je 1.00.02, koja je objavljena 2024. godine.
• Specifikaciju OPC UA FKS aktivno razvija i usavršava OPC fondacija, organizacija odgovorna za OPC UA standarde.

Usvajanje i implementacija:

• Usvajanje i primena OPC UA FKS od strane dobavljača automatizacije je još uvek u ranoj fazi.
• Dok su neke velike kompanije za automatizaciju, poput Siemensa, izrazile podršku OPC UA FKS, dostupnost proizvoda sa omogućenim OPC UA FKS trenutno je ograničena.

Prihvatanje i svest o industriji:

• Svest i razumevanje OPC UA FKS unutar zajednice industrijske automatizacije postepeno se povećava.
• Međutim, široko rasprostranjeno usvajanje i prihvatanje OPC UA FKS je i dalje u toku, pošto industrija prelazi sa propitarnih komunikacionih protokola na OPC UA rešenja koja nisu zaštićena od dobavljača.

Razvoj ekosistema:

• OPC fondacija i njene kompanije članice aktivno rade na izgradnji ecosystem oko OPC UA FKS.
• Ovo uključuje razvoj alata, smernica i resursa za podršku implementaciji i integraciji sistema zasnovanih na OPC UA FKS, kao i program sertifikacije za devizne proizvode.

Siemens je pristalica OPC UA i OPC UA FKS i Bila je jedna od početnih kompanija inicijative FLC (Field-Level Communication) koja je precizirala OPC UA FKS standard.

Siemens je učestvovao u plugfestu za dokazivanje koncepta sa drugim dobavljačima kako bi pokazao upotrebljivost i izvodljivost koncepta Controller-to-Controller (C2C). Uvid u ovu radnu grupi/plugfest možete pronaći ovde.

PROFINET i dalje predstavlja Siemensovo primarno rešenje, pružajući industrijski dokazane i robusne komunikacijske performanse za industrijske mreže sve do iOS-a na terenu.

Siemens ostaje otvoren za projekat Controller-to-Device (C2D), koji je tek nedavno ušao u fazu koncepta i biće potrebno više vremena da bude detaljan i verifikovan radnim prototipovima. Implementacija C2D u Siemens proizvode zavisiće od razvoja tržišta i tehnološke zrelosti.

TSN:

TSN označava umrežavanje osetljivo na vreme. To je skup različitih standarda za prenos podataka u Ethernet mrežama. Ove standarde trenutno definiše organizacija za standardizaciju za komunikaciju zasnovanu na Ethernetu IEEE 802.1.

TSN se takođe sastoji od niza pojedinačnih standarda koji uglavnom proširuju sloj veze podataka (sloj 2 ISO-OSI modela) komunikacionog sistema. TSN stoga nije kompletan komunikacioni protokol, već osnovna tehnologija koju mogu koristiti aplikacije višeg nivoa.

OPC JE FKS:

Trenutna OPC UA FKS specifikacija za komunikaciju od kontrolera do kontrolera (C2C) oslanja se na korisnički protokol datagrama (UDP) za prenos paketa podataka preko mreže.

Stoga se OPC UA FKS može koristiti sa današnjim standardnim Ethernet mrežnim instalacijama kako bi se postigla razmena podataka visokih performansi.

Međutim, sa proširenjem TSN-a u fabričkoj automatizaciji, sve OPC UA FKS aplikacije za C2C moći će da koriste TSN hardver i imaju koristi od TSN mehanizama i prednosti TSN mreže:

• Kvalitet usluge (KoS), uključujući rezervaciju propusnog opsega
• Sinhronizacija
• Niska kašnjenja
• Besprekorna redundantnost

OPC UA je industrijski standard interoperabilnosti i nudi mnoge prednosti za industriju, kao što su:

• Nezavisnost platforme — od ugrađenih mikrokontrolera do infrastrukture zasnovane na oblaku
• Integrisana bezbednost - šifrovanje, autentifikacija i nadgledanje
• Sveobuhvatno modeliranje informacija - definicija složenih informacija (poput pratećih specifikacija kao što je PackML)
• Funkcionalna sigurnost - zasnovana na dokazanim ProfiSafe mehanizmima

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

• Nivo kontrole i više = OPC UA, takođe moguće sa bezbednošću
• Nivo polja = PROFINET