OPC UA — Buluta kadar yapılandırılmış veriler

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) endüstriyel ortamda cihaz ve makinelerin OT, BT ve bulut entegrasyonu için endüstriyel bir iletişim protokolü ve çerçevesidir.

OPC UA'nın temel özellikleri şunlardır:

• Platform bağımsızlığı
• Güvenli veri alışverişi
• Gömülü cihazlardan kurumsal sistemlere ölçeklenebilirlik
• Farklı endüstriyel alanlar için birleşik bilgi modelleri

OPC UA, çeşitli sistemler ve bileşenler arasında birlikte çalışabilirlik ve entegrasyon sağlamak için endüstriyel otomasyon, imalat, enerji ve diğer sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

OPC UA birkaç evrim geçirdi ve şartname adım adım büyüdü:

• OPC UA İstemci/Sunucu, etiketleri okuma/yazma, çağrı yöntemleri ve olaylar/alarm gönderme dahil olmak üzere çeşitli kullanım durumlarına sahip bir istek/yanıt yaklaşımını tanımlar
• OPC UA PubSub (Bölüm 14), Yayınla ve Abone Olun mimarisine sahip yeni bir yaklaşım tanımlar - bire bir çok iletişimin (Çoklu yayın) yanı sıra MQTT aracılığıyla bulut bağlantısı sağlar
• OPC UA Güvenliği (Bölüm 15) istemci/sunucu veya PubSub aracılığıyla güvenlikle ilgili makine verilerini değiş tokuş etmenin tedarikçiden bağımsız bir yolunu tanımlar

Özetle, OPC UA istemcisi iletişimi başlatır ve veri veya hizmet isterken, OPC UA sunucusu müşterinin isteklerine yanıt verir ve gerekli bilgi veya işlevselliği sağlar.

OPC UA İstemcisi:

• İstemci, bir bilgisayarda çalışan bir yazılım uygulaması, bir insan-makine arayüzü (HMI), bir denetleyici kontrol ve veri toplama (SCADA) sistemi veya OPC UA sunucusundan verilere erişmesi gereken başka bir cihaz veya sistem olabilir.

OPC UA Sunucusu:

• Sunucu genellikle istemcilerin erişmek istediği veri veya işlevselliğe sahip bir aygıt, denetleyici veya yazılım uygulamasıdır.
• Sunucu, müşterilerin mevcut bilgileri okumasına, yazmasına ve abone olmasına olanak tanıyan standartlaştırılmış bir OPC UA arabirimi aracılığıyla verilerini ve hizmetlerini ifşa eder.
• Sunucu, istemci bağlantılarını yönetmekten, güvenliği işlemekten ve sağladığı verilerin bütünlüğünü ve kullanılabilirliğini sağlamaktan sorumludur.

Aşağıda, Siemens ürün portföyünden birkaç örnek listelenmiştir:

• Siemens SIMATIC denetleyicileri (S7-1200, S7-1500), OPC UA sunucusu veya istemcisi olarak işlev görebilir ve işlem verilerine ve tanılama işlemlerine erişim sağlar.
• Siemens SIMATIC HMI cihazları (örn., Unified Comfort Panels, Mobile Panels) OPC UA sunucuları veya istemcileri olarak yapılandırılabilir.
• Siemens SINAMICS sürücüler ve SIMOTION hareket denetleyicileri OPC UA sunucuları olarak da kurulabilir.
• SIMATIC WinCC veya OA gibi Siemens SCADA sistemleri OPC UA sunucusu veya istemci işlevselliği sağlar.
• TIA Portal gibi Siemens mühendislik yazılımı, çeşitli OPC UA sunucularından gelen verileri entegre etmek için OPC UA istemci yeteneklerini kullanabilir.
• Ücretsiz Siemens OPC UA Modelleme Düzenleyicisi (SIOMe) aracı, kendi OPC UA bilgi modellerinizi oluşturmanıza veya mevcut yardımcı spesifikasyonlarınızı haritalamanıza yardımcı olur.

Ayrıca Siemens, eski aygıtları ve sistemleri modern OPC UA tabanlı mimarilere entegre etmek için bağımsız bir OPC UA sunucu çözümü sağlayan SIMATIC NET OPC UA Sunucusu gibi özel OPC UA ürünleri sunmaktadır.

OPC UA FX, modern endüstriyel kontrol sistemlerindeki karmaşık iletişim gereksinimlerini ve otomasyon bileşenlerini karşılamak için özel olarak tasarlanmış OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) çerçevesinde özel bir iletişim profilidir.

Anahtar Gelişmeler:

• Kavramsallaştırma 2018'de başladı
• Resmi OPC UA FX Denetleyiciden Denetleyiciye (C2C) Standardı resmi olarak 2022'de yayınlandı

Teknik Mimari:

OPC UA FX Denetleyiciden Denetleyiciye (C2C) Standardı, otomasyon kontrolörleri (PLC'ler) arasında kesintisiz bağlantı sağlamak için birden fazla gelişmiş OPC UA teknolojisini entegre eder.

• Sunucu/İstemci işlevselliği, verileri yapılandırmak için bir bilgi modeli ve ayrıca bir mühendislik ve yapılandırma arabirimi sağlar
• PubSub iletişimi, UDP aracılığıyla birden fazla ortak (bire bir çok iletişim) arasında verimli, gerçek zamanlı yetenekli iletişim sağlar
• Mühendislik yazılımına tedarikçiden bağımsız entegrasyon için belirtilen çevrimdışı dosya biçimi

Temel Hedefler:

• Endüstriyel kontrolörler arasındaki iletişim protokollerini standartlaştırın
• Farklı otomasyon platformlarında birlikte çalışabilirliği geliştirin
• Karmaşık endüstriyel ağlarda veri alışverişi verimliliğini ve güvenilirliğini artırın

Potansiyel Uygulamalar:

• Üretim otomasyonu
• Process control systems
• Endüstriyel IoT (Nesnelerin İnterneti) uygulamaları
• Akıllı fabrikalarda makineden makineye iletişim

Genel olarak, OPC UA FX'in mevcut durumu devam eden bir çalışma olarak nitelendirilebilir. Spesifikasyon olgunlaşırken ve endüstri aktif olarak meşgul olsa da, OPC UA FX özellikli ürünlerin yaygın olarak benimsenmesi ve uygulanması hala erken aşamalardadır.

Şartname Geliştirme:

• Denetleyiciden denetleyiciye (C2C) iletişimi için standardizasyon tamamlandı
• OPC UA FX spesifikasyonunun en son sürümü 2024'te piyasaya sürülen 1.00.02'dir.
• OPC UA FX spesifikasyonu, OPC UA standartlarından sorumlu kuruluş olan OPC Vakfı tarafından aktif olarak geliştirilmekte ve rafine edilmektedir.

Benimseme ve Uygulama:

• OPC UA FX'in otomasyon satıcıları tarafından benimsenmesi ve uygulanması hala erken bir aşamadadır.
• Siemens gibi bazı büyük otomasyon şirketleri OPC UA FX'e desteklerini ifade etmiş olsa da, OPC UA FX özellikli ürünlerin mevcudiyeti şu anda sınırlıdır.

Endüstri Kabulü ve Farkındalığı:

• Endüstriyel otomasyon topluluğu içinde OPC UA FX farkındalığı ve anlayışı giderek artmaktadır.
• Bununla birlikte, endüstri profesyonel iletişim protokollerinden satıcıdan bağımsız OPC UA çözümlerine geçiş yaparken, OPC UA FX'in yaygın olarak benimsenmesi ve kabulü hala devam etmektedir.

Ekosistem Geliştirme:

• OPC Vakfı ve üye şirketleri, OPC UA FX etrafında bir ekosistem oluşturmak için aktif olarak çalışıyor.
• Bu, OPC UA FX tabanlı sistemlerin uygulanmasını ve entegrasyonunu destekleyecek araçların, yönergelerin ve kaynakların geliştirilmesini ve FX ürünleri için bir sertifikasyon programını içerir.

Siemens, OPC UA ve OPC UA FX'in destekçisidir ve İlk şirketlerden biriydi OPC UA FX standardını belirleyen FLC (Alan Düzeyinde İletişim) girişiminin.

Siemens, Denetleyiciden Denetleyiciye (C2C) konseptinin kullanılabilirliğini ve fizibilitesini sergilemek için diğer satıcılarla birlikte bir konsept kanıtı plugfestine katıldı. Bu çalışma grubu/plugfest hakkındaki bilgiler bulunabilir burada.

PROFINET, saha düzeyinde iOS'a kadar endüstriyel ağlar için endüstride kanıtlanmış ve sağlam iletişim performansı sağlayan Siemens'in birincil çözümü olmaya devam ediyor.

Siemens, konsept aşamasına yeni giren ve çalışan prototiplerle detaylandırılması ve doğrulanması için daha fazla zamana ihtiyaç duyacak olan Controller-to-Device (C2D) projesine açık olmaya devam ediyor. Siemens ürünlerine C2D uygulamaları pazar gelişimine ve teknolojik olgunluğa bağlı olacaktır.

TSN:

TSN zamana duyarlı ağ oluşturma anlamına gelir. Ethernet ağlarında veri iletimi için çeşitli standartlar kümesidir. Bu standartlar şu anda Ethernet tabanlı iletişim IEEE 802.1 için standardizasyon kuruluşu tarafından tanımlanmaktadır.

TSN ayrıca, esas olarak iletişim sisteminin veri bağlantı katmanını (ISO-OSI modelinin Katmanı 2) genişleten bir dizi bireysel standarttan oluşur. Bu nedenle TSN tam bir iletişim protokolü değil, üst düzey uygulamalar tarafından kullanılabilecek temel bir teknolojidir.

OPC FX:

Denetleyiciden Denetleyiciye (C2C) iletişimi için mevcut OPC UA FX spesifikasyonu, veri paketlerini bir ağ üzerinden aktarmak için Kullanıcı Datagram Protokolüne (UDP) dayanır.

Bu nedenle, OPC UA FX, yüksek performanslı bir veri alışverişi sağlamak için günümüzün standart ethernet ağ kurulumlarıyla kullanılabilir.

Bununla birlikte, fabrika otomasyonunda TSN'nin genişletilmesiyle, C2C için tüm OPC UA FX uygulamaları TSN donanımını kullanabilir ve bir TSN ağının TSN mekanizmalarından ve avantajlarından yararlanabilecek:

• Bant genişliği rezervasyonu dahil Hizmet Kalitesi (QoS)
• Senkronizasyon
• Düşük gecikmeler
• Sorunsuz yedeklilik

OPC UA endüstriyel birlikte çalışabilirlik standardıdır ve endüstri için aşağıdakiler gibi birçok avantaj sunar:

• Platform bağımsızlığı - gömülü mikrodenetleyicilerden bulut tabanlı altyapıya
• Entegre güvenlik - şifreleme, kimlik doğrulama ve izleme
• Kapsamlı bilgi modelleme - karmaşık bilgilerin tanımı (PackML gibi tamamlayıcı özellikler gibi)
• İşlevsel güvenlik — kanıtlanmış ProfiSafe mekanizmalarına dayanır

Evet, çünkü OPC UA, kontrol seviyesinde makinelerin dikey iletişiminde ve ağ oluşturmada güçlü yönlerine sahipken, PROFINET sahadaki tüm gereksinimleri karşılar. Bu yüzden Siemens'deki strateji aynı kalıyor:

• Kontrol seviyesi ve üstü = OPC UA, Güvenlik ile de mümkündür
• Alan seviyesi = PROFINET