Korzystanie z architektury OPC UA w rozwiązaniach IIoT
Wymiana danych między tradycyjnymi systemami automatyki a usługami opartymi na chmurze często budzi obawy dotyczące interoperacyjności i bezpieczeństwa. Protokół OPC UA oferuje bezpieczne funkcje, które pomagają skutecznie rozwiązać te problemy.
W skrócie
- Protokół OPC (Open Platform Communications) od dawna stanowi standard w zastosowaniach przemysłowych, oferując prostą i szybką implementację, ale posiada pewne ograniczenia w zakresie skalowalności i elastyczności.
- Architektura OPC UA (Unified Architecture) została opracowana jako istotne ulepszenie, umożliwiające bezpieczną i znormalizowaną komunikację między zautomatyzowanymi procesami a systemami informatycznymi na różnych platformach.
- Jej architektura zapewnia większą skalowalność, interoperacyjność i zaawansowane funkcje bezpieczeństwa, dzięki czemu doskonale nadaje się do nowoczesnych środowisk przemysłowych.
- W przypadku zastosowań IIoT architektura OPC UA zapewnia wiele korzyści dzięki zwiększonej interoperacyjności.
Co to jest protokół OPC UA?
Wprowadzony w 2008 roku protokół OPC UA stał się jednym z podstawowych standardów zapewniających interoperacyjność systemów cyfrowych. Rozwiązanie to jest w pełni zgodne z koncepcjami takimi jak IIoT.
Kluczową zaletą jest to, że OPC UA jest w pełni kompatybilny z OPC Classic i jego funkcjami. Jednak podczas gdy OPC Classic działa tylko w systemach Windows, OPC UA obsługuje wiele platform, w tym Apple, Android, Linux i Windows, oferując znacznie szerszą kompatybilność.
Zarówno OPC Classic, jak i UA mają kilka wspólnych funkcji podstawowych, takich jak wykrywanie serwerów lokalnych i sieciowych, hierarchiczna reprezentacja danych oraz kontrolowane operacje odczytu i zapisu w oparciu o uprawnienia dostępu. Ponadto protokół OPC UA jest kompatybilny z szeroką gamą sprzętu, w tym tradycyjnymi komputerami, programowalnymi sterownikami logicznymi, mikrokontrolerami i serwerami w chmurze.
Formatowanie komunikatów i bezpieczeństwo w standardzie OPC UA
Wymiana komunikatów w OPC UA odbywa się zarówno na poziomie urządzeń, jak i wyższych poziomach systemu, przy użyciu dwóch głównych formatów: Binary UA i XML. Formaty te określają sposób kodowania i dekodowania komunikatów.
Format Binary UA jest najczęściej stosowany na poziomie urządzeń, ponieważ wymaga mniejszej mocy obliczeniowej i zapewnia większą wydajność. Został zaprojektowany z myślą o wydajnym kodowaniu i dekodowaniu, z uwzględnieniem rozmiaru danych w celu optymalizacji szybkości.
Z kolei XML jest wykorzystywany do wymiany informacji na wysokim poziomie. Klienci korzystający z protokołu OPC UA mogą interpretować komunikaty oparte na XML, które zapewniają solidne możliwości serializacji i deserializacji, dzięki czemu XML jest bardziej wydajny w przypadku obsługi złożonych danych.
Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, OPC Classic opiera się na protokołach COM i DCOM firmy Microsoft. OPC UA wprowadza własną kompleksową strukturę bezpieczeństwa, wykorzystującą infrastrukturę klucza publicznego (Public Key Infrastructure, PKI) i certyfikaty x.509 zgodne z normami branżowymi. Obsługuje również uwierzytelnianie, szyfrowanie, autoryzację i inne zaawansowane środki bezpieczeństwa w celu zapewnienia integralności i poufności danych.
Komunikacja protokołowa
OPC UA wykorzystuje dwa protokoły transportowe do definiowania komunikacji między klientem a serwerem: OPC TCP i SOAP/HTTP(s). OPC TCP jest protokołem dedykowanym, co oznacza, że tylko klienci OPC UA mogą interpretować przesyłane informacje. Komunikacja między klientem a serwerem jest dwukierunkowa i bezpiecznie przechowywana w strukturze binarnej.
Komunikaty przesyłane za pośrednictwem SOAP wykorzystują protokół HTTP(s). W przeciwieństwie do OPC TCP, podejście to oferuje szersze możliwości interpretacji danych i umożliwia dostęp nawet za pośrednictwem standardowej przeglądarki internetowej. Metoda ta jest powszechnie stosowana w środowiskach przemysłowych.
Zalety protokołu OPC UA i jego zastosowania w IIoT
Protokół OPC UA umożliwia interoperacyjność między platformami, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo i skalowalność. Jest powszechnie uznawany za kluczowy standard umożliwiający integrację systemów IIoT.
Komunikacja za pośrednictwem OPC UA jest przejrzysta, co znacznie zmniejsza wyzwania związane z integracją między różnymi producentami. W rezultacie producenci są coraz częściej zobowiązani do udostępniania wszystkich istotnych informacji przy użyciu tego protokołu.
Ekosystem Netilion – architektura IIoT
OPC UA stanowi przejrzystą i wydajną metodę integracji danych z urządzeń terenowych z systemami wyższego poziomu. Chociaż protokół MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) jest również powszechnie stosowany do bezpośredniego łączenia urządzeń, OPC UA pozostaje podstawą strukturalnej i bezpiecznej wymiany danych w środowiskach przemysłowych.
OPC UA z JavaScript, JSON i interfejsami API REST
Jednym z kluczowych wyzwań w IIoT jest wykorzystanie zebranych danych do analizy w celu uzyskania praktycznych wniosków. Fundacja OPC przedstawiła przykłady zastosowania OPC UA z interfejsami API, a podobne podejścia można wdrożyć przy użyciu usług IIoT, takich jak Netilion.
Netilion Connect to oparta na API usługa łączności, która zawiera dodatek do serwera OPC, ułatwiający integrację z klientami OPC UA. Dzięki serwerowi OPC UA dane mogą być płynnie integrowane z innymi rozwiązaniami, takimi jak MES lub SCADA.
Wykorzystanie serwera OPC UA jako warstwy łączności dla aplikacji klienckich ma kilka zalet. Nie wymaga lokalnej instalacji, co zmniejsza początkowe koszty infrastruktury i bieżące nakłady na konserwację. Wystarczy połączenie internetowe, dzięki czemu wdrożenie jest szybkie i ekonomiczne.
Gromadzenie danych zazwyczaj opiera się na języku JSON do programowania i JavaScript do wdrażania. W miarę postępującej konwergencji IT i automatyki języki programowania będą coraz powszechniejsze w środowiskach przemysłowych.
