Gebruik van OPC UA in IIoT-oplossingen
Gegevensuitwisseling tussen traditionele automatiseringssystemen en cloud-based diensten roept vaak vragen op over interoperabiliteit en veiligheid. OPC UA biedt veilige functies die helpen bij het effectief aanpakken van deze zorgen.
In het kort
- OPC (Open Platform Communications) was lang een standaard in industriële toepassingen, die een eenvoudige en snelle implementatie mogelijk maakte zij het met bepaalde beperkingen wat betreft schaalbaarheid en flexibiliteit.
- OPC UA (Unified Architecture) was ontwikkeld als een significante verbetering, waardoor een veilige en gestandaardiseerde communicatie tussen geautomatiseerde processen en IT-systemen tussen verschillende platformen mogelijk is.
- De architectuur ondersteunt een grotere schaalbaarheid, interoperabiliteit en geavanceerde veiligheidsfuncties, waardoor het zeer geschikt is voor moderne industriële omgevingen.
- Voor IIoT-toepassingen biedt OPC UA veel voordelen dankzij de verbeterde interoperabiliteit.
Wat is OPC UA?
Het OPC UA-protocol, uitgebracht in 2008, werd een van de primaire standaarden voor het waarborgen van interoperabiliteit tussen digitale systemen. Deze oplossing is helemaal in lijn met concepten als IIoT.
Een belangrijk voordeel is, dat OPC UA volledig compatibel is met OPC Classic en de functies hiervan. Maar daar waar OPC Classic alleen op Windows-systemen werkt, ondersteunt OPC UA meerdere platformen, waaronder Apple, Android, Linux en Windows, zodat het een aanzienlijk breder compatibiliteit biedt.
OPC Classic en UA delen verschillende kernfuncties, zoals herkenning van lokale servers en netwerkservers, hiërarchische data representation en gecontroleerde lees/schrijf-bewerkingen op basis van toegangsrechten. Bovendien is OPC UA compatibel met een breed scala aan hardware, waaronder traditionele computers, programmeerbare logische controllers, microcontrollers en cloud-based servers.
Berichtindeling en veiligheid in OPC UA
Berichtenuitwisseling in OPC UA vindt plaats op instrumentniveau en op hogere systeemniveaus, waarbij twee primaire formats worden gebruikt: Binary UA en XML. Deze formats bepalen hoe berichten worden versleuteld en gedecodeerd.
Binary UA wordt meestal gebruikt op instrumentatieniveau, omdat hiervoor minder rekenkracht voor nodig is en hogere prestaties mogelijk zijn. Het is ontworpen voor efficiënte versleuteling en decodering, met zorgvuldige overweging van gegevensgrootte voor een optimale snelheid.
XML daarentegen wordt toegepast voor uitwisseling van informatie op hoog niveau. Clients die het OPC UA-protocol gebruiken kunnen XML-based berichten interpreteren, die aanzienlijke mogelijkheden voor serialisatie en deserialisatie bieden, waardoor XML krachtiger is voor de verwerking van complexe gegevens.
Wat betreft veiligheid vertrouwt OPC Classic op COM- en DCOM-protocollen van Microsoft. OPC UA introduceert zijn eigen uitgebreide beveiligingsframework, dat Public Key Infrastructure (PKI) en industrienorm x.509-certificaten bevat. Dit ondersteunt ook verificatie, versleuteling, autorisatie en andere geavanceerde beveiligingsmaatregelen voor het waarborgen van data-integriteit en vertrouwelijkheid.
Protocolcommunicatie
OPC UA maakt gebruik van twee transportprotocollen voor het bepalen van de communicatie tussen de client en de server: OPC TCP en SOAP/HTTP(s). OPC TCP is een specifiek protocol, wat wil zeggen dat alleen OPC UA-clients de verzonden informatie kunnen interpreteren. De communicatie is bidirectioneel tussen client en server en is veilig verpakt in een binaire structuur.
Berichten verzonden via SOAP gebruiken HTTP(s). In tegenstelling tot OPC TCP biedt deze aanpak meer mogelijkheden voor gegevensinterpretatie en is deze zelfs toegankelijk via een standaard-webbrowser. Deze methode wordt alom toegepast in industriële omgevingen.
OPC UA-voordelen en toepassingen in IIoT
Het OPC UA-protocol maakt interoperabiliteit tussen platformen mogelijk en waarborgt veiligheid en schaalbaarheid. Het wordt algemeen beschouwd als een belangrijke standaard voor het bereiken van IIoT-systeemintegratie.
Communicatie via OPC UA is transparant en vermindert integratieproblemen tussen verschillende producenten aanzienlijk. Hierdoor moeten producenten alle relevante informatie steeds meer beschikbaar maken met dit protocol.
Netilion-ecosysteem - IIoT-architectuur
OPC UA biedt een heldere en efficiënte methode voor het integreren van gegevens van procesinstrumentatie in hogere systemen. Hoewel MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ook veel wordt gebruikt voor directe instrumentconnectiviteit, blijft OPC UA een hoeksteen voor gestructureerde en veilige gegevensuitwisseling in industriële omgevingen.
OPC UA met JavaScript, JSON en REST API's
Een van de belangrijke uitdagingen in IIoT is het gebruik van verzamelde gegevens voor analyse om toepasbare inzichten te genereren. De OPC Foundation heeft voorbeelden laten zien van de toepassing van OPC UA met API's, en vergelijkbare methoden kunnen worden geïmplementeerd met behulp van IIoT-diensten als Netilion.
Netilion Connect is een API-based connectiviteitsdienst die een OPC-serveruitbreiding bevat, waardoor integratie met OPC UA-clients eenvoudig is. Via een OPC UA-server kunnen gegevens vloeiend worden geïntegreerd in andere oplossingen, zoals MES of SCADA.
Het gebruik van een OPC UA-server als connectiviteitslaag voor client-toepassingen biedt verschillende voordelen. Hier is geen lokale installatie voor nodig, wat de initiële infrastructuurkosten als doorlopende onderhoudskosten vermindert. Nodig is slechts een internetverbinding, wat het gebruik snel en kostenefficiënt maakt.
Gegevensverzameling maakt doorgaans gebruik van JSON voor programmering en JavaScript voor implementatie. Omdat IT en automatisering steeds verder samenkomen, worden programmeertalen steeds gewoner in industriële omgevingen.
