OPC UA è l'acronimo di OPC Unified Architecture. È uno standard estensibile e indipendente dalla piattaforma che consente lo scambio sicuro di informazioni sui sistemi industriali. Nel 2008, OPC UA è stato rilasciato dalla Open Platform Communications (OPC) Foundation, che regola e mantiene lo standard di interoperabilità, i protocolli e le specifiche per la comunicazione dei dati, principalmente nelle operazioni di automazione industriale.
OPC UA è compatibile con Windows, macOS, Android e Linux. IT può essere utilizzato anche nei sistemi embedded e nei sistemi bare-metal, che non utilizzano un sistema operativo. OPC UA funziona su PC, infrastrutture basate su cloud, PLC, microcontrollori e sistemi fisici cibernetici (CPS).
L'obiettivo di OPC UA è migliorare l'interoperabilità tra i dispositivi hardware e il software di pianificazione e automazione aziendale, fornendo alle aziende industriali un quadro di riferimento per far convergere tecnologie diverse.
avvisi personalizzati e la visualizzazione dei dati consentono di identificare e prevenire rapidamente i problemi di salute e di prestazioni della rete.
OPC Classic, il predecessore di OPC UA, si basa sulle tecnologie Microsoft, mentre OPC UA è indipendente dalla piattaforma.
OPC Classic non ha una sicurezza incorporata per il controllo degli accessi, l'autenticazione e la crittografia. OPC UA consente la crittografia dei dati alla fonte, garantendo una trasmissione sicura senza affidarsi a firewall di rete nel cuore del sistema. Ciò significa che la sicurezza è garantita fin dall'inizio della trasmissione dei dati, invece di essere confermata solo quando questi raggiungono il firewall di una rete. OPC UA implementa una sicurezza multipiattaforma basata sull'infrastruttura a chiave pubblica (PKI) utilizzando certificati digitali x.509 standard del settore.
A differenza di OPC UA, OPC Classic non supporta la modellazione dinamica delle informazioni, che consente ai produttori di definire modelli di dati personalizzati in dipendenza dei requisiti del loro settore.
In OPC UA, le specifiche OPC Classic forniscono moduli funzionali che possono essere interrogati ad hoc. Queste specifiche sono OPC DA (Accesso ai dati), OPC AE (Allarmi ed eventi), OPC Security, OPC Batch, OPC Command, OPC XML, OPC Data Exchange (DX) e OPC HAD (History Access Data). Di solito vengono indicati collettivamente come OPC Classic o semplicemente OPC. In OPC UA sono chiamati profili. Ad esempio, lo standard OPC DA è un profilo OPC UA DA.
Questi profili costituiscono un livello che si trova sopra il livello di base di OPC UA, che gestisce i servizi comuni. Tutti i profili OPC UA utilizzano la stessa base di codice comune, mentre in OPC Classic ogni standard ha la propria base di codice, il che crea duplicazioni nei sistemi in cui è implementata più di una specifica OPC Classic.
Utilizzando i modelli, OPC UA specifica le regole di base per esporre i dati a qualsiasi applicazione o dispositivo che voglia consumarli. OPC UA stesso è un modello di dati incentrato sull'informazione. IT comprende un modello di oggetti generico con un sistema di tipi estensibile e modelli integrati per l'accesso ai dati. Questi modelli incorporati specificano funzioni quali informazioni su allarmi ed eventi, informazioni sui dati storici, dettagli di accesso ai dati, descrizioni di dispositivi e programmi da eseguire.
È possibile accedere ai dati anche attraverso modelli personalizzati, detti companion model. Questi sono utilizzati in diversi settori, come la produzione di macchine per lo stampaggio a iniezione o l'ingegneria robotica.
OPC UA supporta la comunicazione tra componenti a cinque livelli nelle organizzazioni industriali: impresa, gestione, operazioni, controllo e campo (dispositivi specifici del fornitore).
I dispositivi espongono i loro dati attraverso OPC UA, che consente il trasporto di queste informazioni attraverso una rete a un'applicazione che le utilizza utilizzando servizi web standard. I dati vengono trasportati utilizzando protocolli basati su IPS e SOAP, mentre i server di fascia bassa possono utilizzare UA TCP. L'uso di servizi web SOAP standard su HTTP consente ai clienti non OPC UA di richiedere i dati pubblicati da un server OPC UA.
I software di bridging e gateway, noti come wrapper OPC UA, consentono il flusso di dati su hardware specifico del fornitore tra i livelli OPC UA. I wrapper OPC UA possono essere utilizzati anche per migrare da OPC Classic a OPC UA, o quando un server OPC UA supporta UA ma un cliente OPC non lo fa.
OPC UA si basa sul framework di comunicazione client-server SOA. In OPC UA, ci sono server OPC UA e clienti OPC UA.
Un server OPC UA fornisce a un cliente OPC UA applicazioni e sistemi di controllo, ad esempio MES e SCADA, e un accesso sicuro ai dati dell'automazione industriale utilizzando i modelli informativi OPC UA che specificano il modo in cui i dati sono organizzati, archiviati e raccolti. Il termine server OPC UA si riferisce allo standard software OPC UA sulla macchina, non all'hardware stesso, che potrebbe essere un virtual machine.
Un cliente OPC UA è un cliente in grado di supportare un modello informativo OPC UA. I clienti OPC UA richiedono dati ai componenti di un sistema e li scrivono su di essi tramite i server OPC UA.
I sistemi SOA come OPC UA integrano applicazioni diverse su una rete e collegano dispositivi su nodi di rete diversi.
Un nodo è l'unità di base dei dati nello spazio degli indirizzi OPC UA, che fornisce un modo standard ai server OPC UA per rappresentare gli oggetti ai clienti OPC UA. I nodi sono informazioni (ad esempio, una temperatura unica) e sono costituiti da attributi, dal valore effettivo del dato e da uno o più riferimenti ad altri nodi, ciascuno nel proprio spazio di indirizzi. Una temperatura unica occuperà quindi più indirizzi in uno spazio di indirizzi.
I nodi sono referenziati da un ID univoco del nodo: un URI (identificatore univoco di risorsa) dello spazio dei nomi, un tipo di dati e l'identificatore stesso. Ogni nodo appartiene a uno specifico spazio dei nomi. L'URI dello spazio dei nomi si trova in una tabella separata dello spazio dei nomi sul server OPC UA. La tabella degli spazi dei nomi memorizza URI separati per i modelli di informazione utilizzati dalle singole organizzazioni che hanno i loro requisiti per l'aspetto e il comportamento dei dati. Ciò consente a OPC UA di estendere i propri servizi senza modificare la struttura di base dello standard.
In OPC UA, i nodi hanno più classi che consentono la creazione di varianti del nodo di base. In OPC UA esistono otto classi di nodi fondamentali, tra cui oggetti (entità fisiche), metodi (funzioni che memorizzano i dati quando vengono interrogati) e variabili (dati effettivi).
Le classi di nodi oggetto in OPC UA sono la chiave per creare dati complessi e distinguere tra entità simili ma diverse, ad esempio un sensore di temperatura per un condizionatore d'aria e un sensore di temperatura per una caldaia.
notifiche in tempo reale significano una risoluzione più rapida dei problemi, in modo da poter agire prima che si verifichino problemi più gravi.
Lo standard OPC UA di per sé non fa nulla. Lo standard è una raccolta di specifiche (protocolli OPC UA) che definiscono le linee guida per la comunicazione tra server e client, comprese le regole per le diverse funzioni e strutture di dati.
OPC UA ha le seguenti specifiche: Panoramica e concetti, Modello di sicurezza, Modello di spazio dei nomi, Servizi, Modello di informazione, Mappature, Profili, Accesso ai dati, Allarmi e condizioni, Programmi, Accesso storico, Discovery e servizi globali, Aggregati, PubSub, Sicurezza e Nomi alias. Ogni specifica è stata progettata per risolvere un problema comune nelle reti di comunicazione dei sistemi industriali.
Ad esempio, la specifica Alarms and Conditions fornisce una soluzione alla sfida di standardizzare le modalità di trasmissione delle informazioni su eventi e allarmi dai dispositivi di campo alle applicazioni. La specifica Historical Access affronta il problema della standardizzazione dell'accesso ai dati storici nei processi di auditing. La specifica Programmi include informazioni su come gli sviluppatori dovrebbero gestire i codici di ritorno nel loro codice, tra le altre cose.
OPC UA è utilizzato nei sistemi industriali, ad esempio nel settore petrolifero e del gas, nell'agricoltura, nel settore medico e farmaceutico, nei servizi critici come le reti elettriche e gli impianti di trattamento delle acque reflue e nei sistemi IoT come le applicazioni per le smart city.
Le applicazioni comuni di OPC UA comprendono la diagnostica dei dispositivi, la gestione degli asset, la gestione della produzione, il controllo della qualità, l'acquisizione dei dati, il rapporto aziendale, la sicurezza dei dati, l'integrazione dei dati per le interfacce grafiche, il supporto ai lavoratori remoti e il monitoraggio degli eventi.
Gli esempi del mondo reale includono il monitoraggio del tempo di attività delle telecamere di sicurezza, l'invio di avvisi per sensori malfunzionanti, il controllo della temperatura degli uffici, la gestione remota di macchine automatizzate, la stima dei carichi di lavoro, il collegamento di dispositivi incorporati e il supporto ai lavoratori remoti.
OPC UA supporta anche l'Internet industriale delle cose (IIoT). Ad esempio, OPC UA può essere utilizzato per inviare al cloud i dati provenienti da dispositivi incorporati come i sensori di temperatura, ad esempio per analizzare l'utilizzo e l'efficienza delle apparecchiature.
L'uso di OPC UA per recuperare i dati offre ai sistemi un modo efficiente per recuperare piccole quantità di informazioni specifiche del contesto per i lavoratori remoti che ne hanno bisogno per un compito specifico. In alternativa, gli oggetti possono essere interrogati per visualizzare tutti i dati relativi alle operazioni di un intero impianto, ad esempio per creare interfacce grafiche per sistemi ERP, applicazioni di allocazione delle risorse e sistemi di contabilità.
Nei casi in cui è necessaria la sincronizzazione tra dispositivi situati in luoghi remoti e sistemi di pianificazione delle risorse e di controllo della produzione, OPC UA consente lo scambio verticale di dati tra driver eterogenei e applicazioni di alto livello.
OPC UA rafforza le applicazioni di sicurezza industriale. I protocolli di gestione degli eventi OPC UA possono arrestare automaticamente un impianto in caso di attacco informatico ai dispositivi di campo e isolare le reti interessate o consentire l'accesso limitato a reti specifiche, consentendo la continuità operativa durante le indagini sull'attacco.
Nell'IT industriale moderno, i team giusti hanno bisogno dei dati giusti. La nostra guida mostra come implementare un monitoraggio olistico che porta elementi da IT, OT e IIoT nei vostri dashboard.
La nostra seconda guida ti dà ispirazione e idee per cruscotti che presentano dati IT, OT e IIoT - tutti in un unico posto. Vi mostriamo come sono i cruscotti industriali veramente convergenti!
Storicamente, la piramide dell'automazione nei sistemi industriali è una struttura gerarchica che descrive il flusso di informazioni da dispositivi di basso livello come controllori, sensori o contatori ad applicazioni ERP di alto livello. Nella direzione opposta c'è un flusso di controllo, dalle applicazioni ERP di alto livello ai dispositivi di basso livello. I componenti di basso livello sono collegati alle reti MES attraverso PLC e HMI.
OPC UA elimina questa struttura piramidale decentrando i componenti del sistema e facilitando l'uso di strutture di modellazione dei dati più flessibili in una rete mesh. OPC UA ottiene questo risultato definendo strutture di dati coerenti che tutti i componenti utilizzano, ad esempio un'applicazione ERP e un sensore di campo possono entrambi utilizzare lo stesso modello di informazioni.
OPC UA consente alle applicazioni di business intelligence di attingere a dati grezzi da un'ampia gamma di fonti di dati in tempo reale, eventi e storici.
Storicamente, i sistemi industriali funzionavano con software basati su Windows. OPC UA è agnostico rispetto alla piattaforma; i sistemi industriali possono integrare software di qualsiasi fornitore, utilizzando qualsiasi sistema operativo. OPC UA può essere implementato su sistemi embedded e nel cloud.
OPC UA è a prova di futuro. IT consente alle organizzazioni di sviluppare sistemi SCADA scalabili, in modo che le apparecchiature degli impianti esistenti possano integrarsi con nuovi moduli software senza ulteriori configurazioni. Un esempio è dato dall'industria del gas e del petrolio, dove i dati dei sensori di calibrazione, misurazione e flussometri possono essere raccolti in remoto, liberando gli ispettori del sito dal controllo fisico dell'installazione.
OPC UA ha una capacità plug-and-play. Quando nuovi impianti remoti vengono aggiunti a un'organizzazione o nuovi fornitori vengono messi in servizio, OPC UA può scoprire automaticamente le loro reti, configurarle e integrarle nella rete aziendale.
L'interoperabilità di OPC UA consente agli utenti finali di costruire sistemi industriali personalizzati utilizzando dispositivi e software di fornitori diversi.
Alcuni produttori di software proprietario hanno riportato limitazioni specifiche del dispositivo, ad esempio tra un server OPC UA e iFIX di General Electric e i componenti HMI/SCADA utilizzati nei prodotti di automazione software dell'azienda. Queste limitazioni includono la mancanza di supporto per funzioni specifiche come la firma elettronica, l'Enhanced Failover e le fonti di dati storici.
Nel mondo reale, OPC UA gestisce tipicamente lo scambio di dati tra sistemi informativi MES e SCADA e tra dispositivi di basso livello. IT è ideale per il monitoraggio e il rapporto del sistema. Nonostante sia stato progettato per gestire l'interoperabilità tra dispositivi eterogenei, è stato criticato per la sua scarsa flessibilità nel gestire strutture di dati di fornitori diversi e per la sua complessità di implementazione.
Nell'ambito della produzione industriale, i termini Industria 4.0 e Quarta Rivoluzione Industriale sono utilizzati in modo intercambiabile per indicare la tendenza all'aumento dell'automazione, con particolare attenzione all'interconnettività dei dispositivi, all'apprendimento automatico e all'Internet delle cose.
Le caratteristiche principali di OPC UA, che sono la sicurezza integrata, la capacità di modellare le informazioni, la scoperta automatica dei dispositivi, la scalabilità, l'uso di dati semantici e la standardizzazione dei protocolli, rispondono ai requisiti per la conformità a Industry 4.0.
Una delle sfide principali dell'Industria 4.0 nel settore manifatturiero è la raccolta di dati in tempo reale da dispositivi di basso livello. OPC UA consente a un'organizzazione industriale di incorporare un server OPC UA in tutti i suoi dispositivi. Ciò significa che grandi quantità di dati in tempo reale possono essere indirizzati ai sistemi di controllo e alle applicazioni di livello aziendale per essere analizzati, ordinati e scambiati con applicazioni di consumo diverse.
Diversi gruppi di lavoro a livello internazionale contribuiscono a rendere OPC UA lo standard di comunicazione per i prodotti e i servizi Industry 4.0 in settori specifici.
Uno di questi gruppi di lavoro è il gruppo di lavoro per la modellazione delle informazioni ADI (Analyzer Devices). L'ADI è sponsorizzato dalla OPC Foundation ed è composto da utenti finali e fornitori dell'industria chimica e farmaceutica. Un altro gruppo è il gruppo di lavoro OPC UA Tobacco Machine Communication, che lavora per implementare apparecchiature di fabbrica interoperabili per la produzione di sigarette.
Per essere classificato come compatibile con l'Industria 4.0 dalla OPC Foundation, un prodotto deve essere conforme allo standard OPC UA, sia utilizzando OPC UA integrato sia utilizzando un software gateway.
PRTG Network Monitor è un software di monitoraggio di rete completo e tiene traccia dell'intera infrastruttura IT.
OPC UA fornisce uno standard per il modo in cui i server rappresentano i dati ai clienti utilizzando un modello orientato agli oggetti. OPC UA specifica come vengono scambiate le informazioni nei sistemi industriali. I fornitori e le organizzazioni determinano quali informazioni vengono scambiate. Questo vale per lo scambio di informazioni da macchina a macchina, da macchina ad applicazione e per lo scambio di informazioni a livello di controllo.
OPC UA, indipendente dalla piattaforma, elimina la dipendenza della produzione industriale dalle tecnologie DCOM e OLE di Microsoft.
Le comunicazioni IIoT, Industry 4.0 e M2M sono requisiti fondamentali per le organizzazioni industriali per competere a livello globale e per creare più rapidamente prodotti e processi sicuri e scalabili. Uno dei principali utilizzi di OPC UA è la riduzione dei cicli di vita di sviluppo dei prodotti, grazie a un uso più efficace delle risorse e dei processi automatizzati per produrre prodotti complessi che si autogestiscono.
Per realizzare un'automazione economicamente vantaggiosa in fabbrica, le aziende hanno bisogno di un hub centralizzato di dati di monitoraggio e controllo per analizzare i dati in tempo reale e sviluppare processi efficienti. PRTG si integra con OPC UA, fornendo ai Teams che si occupano di digitalizzazione una visione multipla delle informazioni, ad esempio i tempi di inattività dei dispositivi, le anomalie di sicurezza, i flussi di lavoro in fabbrica, le richieste di dati, i guasti alle macchine e le nuove scoperte di rete.
