OPC UA:n käyttö IIoT-ratkaisuissa
Perinteisten automaatiojärjestelmien ja pilvipohjaisten palvelujen välinen tiedonvaihto herättää usein huolta yhteentoimivuudesta ja turvallisuudesta. OPC UA tarjoaa turvallisia ominaisuuksia, jotka auttavat ratkaisemaan nämä ongelmat tehokkaasti.
Lyhyesti
- OPC (Open Platform Communications) on pitkään ollut standardi teollisissa sovelluksissa, ja se tarjoaa yksinkertaisen ja nopean toteutuksen, mutta tietyin skaalautuvuuden ja joustavuuden rajoituksin.
- OPC UA (Unified Architecture) kehitettiin merkittävänä parannuksena, joka mahdollistaa turvallisen ja standardoidun viestinnän automatisoitujen prosessien ja IT-järjestelmien välillä eri alustoilla.
- Sen arkkitehtuuri tukee parempaa skaalautuvuutta, yhteentoimivuutta ja edistyneitä suojausominaisuuksia, joten se sopii hyvin nykyaikaisiin teollisuusympäristöihin.
- IIoT-sovelluksiin OPC UA tarjoaa monia etuja lisääntyneen yhteentoimivuuden ansiosta.
Mikä OPC UA on?
Vuonna 2008 julkaistusta OPC UA -protokollasta tuli yksi tärkeimmistä standardeista digitaalisten järjestelmien yhteentoimivuuden varmistamisessa. Tämä ratkaisu on täysin yhdenmukainen konseptien, kuten IIoT:n kanssa.
Keskeinen etu on, että OPC UA on täysin yhteensopiva OPC Classicin ja sen toimintojen kanssa. Vaikka OPC Classic toimii vain Windows-järjestelmissä, OPC UA tukee useita alustoja, mukaan lukien Apple, Android, Linux ja Windows, mikä tarjoaa huomattavasti laajemman yhteensopivuuden.
Sekä OPC Classicilla että UA:lla on useita yhteisiä ydintoimintoja, kuten paikallisten ja verkkopalvelinten etsintä, hierarkkinen tietojen esittäminen ja käyttöoikeuksiin perustuvat ohjatut luku-/kirjoitustoiminnot. Lisäksi OPC UA on yhteensopiva useiden laitteistojen kanssa, mukaan lukien perinteiset tietokoneet, ohjelmoitavat logiikkaohjaimet, mikro-ohjaimet ja pilvipohjaiset palvelimet.
Viestien muotoilu ja suojaus OPC UA:ssa
Viestienvaihto OPC UA:ssa tapahtuu sekä laitetasolla että ylemmillä järjestelmätasoilla käyttäen kahta ensisijaista muotoa: Binaari UA ja XML. Nämä muodot määrittelevät, kuinka viestit koodataan ja puretaan.
Binääristä UA:ta käytetään yleisimmin laitetasolla, koska se vaatii vähemmän prosessointitehoa ja tarjoaa paremman suorituskyvyn. Se on suunniteltu tehokkaaseen koodaukseen ja dekoodaukseen, ja tiedon koko on harkittu huolellisesti nopeuden optimoimiseksi.
XML:ää puolestaan käytetään korkean tason tiedonvaihtoon. OPC UA -protokollaa käyttävät asiakkaat voivat tulkita XML-pohjaisia viestejä, jotka tarjoavat vankat ominaisuudet sarjallistamiseen ja sarjallistamisen purkamiseen tehden XML:stä tehokkaamman monimutkaisessa tiedonkäsittelyssä.
Turvallisuudessa OPC Classic luottaa Microsoftin COM- ja DCOM-protokolliin. OPC UA esittelee oman kattavan tietoturvakehyksensä, joka sisältää julkisen avaimen infrastruktuurin (PKI) ja alan standardin mukaiset x.509-sertifikaatit. Se tukee myös todennusta, salausta, valtuutusta ja muita edistyneitä suojaustoimenpiteitä tietojen eheyden ja luottamuksellisuuden varmistamiseksi.
Protokollaviestintä
OPC UA käyttää kahta siirtoprotokollaa asiakkaan ja palvelimen välisen tiedonsiirron määrittämiseen: OPC TCP ja SOAP/HTTP(s). OPC TCP on erillinen protokolla, mikä tarkoittaa, että vain OPC UA -asiakkaat voivat tulkita lähetetyt tiedot. Viestintä on kaksisuuntaista asiakkaan ja palvelimen välillä ja se on pakattu turvallisesti binaarirakenteeseen.
SOAP:n kautta lähetetyt viestit käyttävät HTTP:tä. Toisin kuin OPC TCP, tämä lähestymistapa tarjoaa laajemmat mahdollisuudet tietojen tulkintaan ja sitä voidaan käyttää jopa tavallisen verkkoselaimen kautta. Tämä menetelmä on laajalti käytössä teollisuusympäristöissä.
OPC UA:n edut ja käytöt IIoT:ssä
OPC UA -protokolla mahdollistaa yhteentoimivuuden eri alustojen välillä varmistaen samalla turvallisuuden ja skaalautuvuuden. Sitä pidetään laajalti keskeisenä standardina IIoT-järjestelmäintegraation saavuttamisessa.
Viestintä OPC UA:n kautta on läpinäkyvää, mikä vähentää merkittävästi integraatiohaasteita eri valmistajien välillä. Tämän seurauksena valmistajien on yhä useammin asetettava kaikki asiaankuuluvat tiedot saataville tämän protokollan avulla.
Netilion-ekosysteemi - IIoT-arkkitehtuuri
OPC UA tarjoaa selkeän ja tehokkaan tavan integroida kenttälaitteiden data ylemmän tason järjestelmiin. Vaikka MQTT:tä (Message Queuing Telemetry Transport) käytetään yleisesti myös suorissa laiteliitännöissä, OPC UA on teollisuusympäristöissä edelleen rakenteellisen ja turvallisen tiedonvaihdon kulmakivi.
OPC UA JavaScript-, JSON- ja REST-sovellusliittymillä
Yksi IIoT:n tärkeimmistä haasteista on kerättyjen tietojen hyödyntäminen analytiikkaa varten käyttökelpoisten näkökulmien saamiseksi. OPC Foundation on näyttänyt esimerkkejä OPC UA:n soveltamisesta sovellusliittymien kanssa, ja samanlaisia lähestymistapoja voidaan toteuttaa käyttämällä IIoT-palveluita, kuten Netilionia.
Netilion Connect on API-pohjainen yhteyspalvelu, joka sisältää OPC-palvelinlisäosan, mikä tekee integroinnista OPC UA -asiakkaiden kanssa vaivatonta. OPC UA -palvelimen kautta tiedot voidaan integroida saumattomasti muihin ratkaisuihin, kuten MES tai SCADA.
OPC UA -palvelimen käyttäminen asiakassovellusten yhteyskerroksena tarjoaa useita etuja. Se ei vaadi paikallista asennusta, mikä vähentää infrastruktuurin alkukustannuksia ja jatkuvaa kunnossapitotyötä. Tarvitset vain internetyhteyden, mikä tekee käyttöönotosta nopeaa ja kustannustehokasta.
Tiedonkeruu perustuu tyypillisesti JSONiin ohjelmoinnin osalta ja JavaScriptiin toteutuksessa. IT:n ja automaation lähentyessä edelleen ohjelmointikielet yleistyvät teollisissa ympäristöissä.
