Роля на OPC UA стандарта в Industry 4.0

Основно предизвикателство, заложено в концепциите за Industrie 4.0 и Industrial Internet of Things (IIoT), е сигурният, стандартизиран обмен на данни и информация между устройства, машини и услуги в различните индустриални отрасли. През април 2015 г. референтният архитектурен модел за Industrie 4.0 (RAMI 4.0) препоръча стандарта IEC 62541 OPC Unified Architecture (OPC UA) за осъществяване на комуникационния слой на Industrie 4.0 приложенията.

През ноември 2016 г. платформата Industrie 4.0 публикува контролен списък за класифициране и промотиране на продукти като Industrie 4.0 "Basic", "Ready" или "Full". За да покрие критерия "Industrie 4.0 комуникация ", дори най-ниската категория (Basic) изисква продуктът да бъде адресируем по мрежата чрез TCP / UDP или IP и да интегрира поне информационния OPC UA модел. В резултат на това всеки продукт, рекламиран като "Industrie 4.0-enabled" (покриващ изискванията на концепцията), трябва да разполага с възможност за OPC UA свързаност (или интегрирана, или чрез гейтуей).

OPC UA – рамка за индустриална оперативна съвместимост
Всеки производител на оборудване и машини обикновено предоставя имплицитен информационен модел с интерфейси за данни (чрез различни протоколи). В света на Industrie 4.0, изпълнен със свързани устройства и оборудване и базиран на ориентирана към услугите архитектура (SoA), ролята на OPC UA протокола е да осигури рамката за универсална индустриална оперативна съвместимост.

За да обменя данни, OPC UA съчетава два механизма за изпълнение на различни сценарии:
-    модел "клиент-сървър", при който клиентите на OPC UA използват специализираните услуги на OPC UA сървъра. Този подход от тип "peer-to-peer" гарантира сигурен и потвърден обмен на информация, но с ограничения по отношение на броя на връзките;
-    модел "издател-абонат" (publisher-subscriber), при който OPC UA сървърът създава конфигурируеми подгрупи информация, достъпни за произволен брой абонати. Този механизъм осигурява непотвърден обмен на информация.

OPC UA предлага и двата механизма, но те са отделени от действителния протокол. TCP и HTTPS протоколите са налични за модела "клиент-сървър", докато UDP, AMQP и MQTT са достъпни за модела "издател-абонат". Тъй като най-малките микроконтролери може да не разполагат с достатъчно ресурси, за да изпълняват пълноценно OPC UA, устройството може да предава данни чрез MQTT или AMQP по начин, съвместим с OPC UA, което улеснява интегрирането му с останалите елементи на мрежата.

Информационни модели
OPC UA осигурява сигурен трансфер на данни чрез разнообразен набор разширяеми протоколи. Редица индустриални асоциации, като AIM в сферата на радиочестотната идентификация (RFID четци, скенери и др.), както и VDMA в областта на оборудването за инжекционно формоване, роботиката, машинното зрение и други индустрии, вече дефинират своята информация в OPC UA сървърите посредством т. нар. OPC UA придружаващи спецификации (OPC UA companion specifications).

За доставчиците на оборудване покриването на този индустриален стандарт не означава автоматично, че всички продукти на пазара стават взаимозаменяеми, тъй като всеки производител е свободен да предлага и свои собствени специални услуги в допълнение към стандарта. Интелигентните устройства трябва да могат да поддържат едновременно множество информационни модели - например, специфичните функции на една машина за леене под налягане, в допълнение към моделите за енергийни данни или MES интерфейси.

Важността и наличието на такива информационни модели, специфични за различни отрасли и индустрии, предстои да нараснат значително в бъдеще с разширяването на Industrie 4.0 приложенията. Съвместимостта на дадено портфолио продукти с OPC UA може да не увеличи директно продажбите му, но ако съответният производител не поддържа OPC UA стандарта, това по-скоро ще доведе до изместването им от други, "Industrie 4.0-enabled" решения.

Service-to-Service
OPC UA осигурява последователна мащабируемост от сензора до ниво IT на предприятието, което оказва значително влияние върху пирамидата на автоматизацията. Макар тази пирамида да продължава да съществува по отношение на организационната структура на фабриките, OPC UA напълно заобикаля комуникационната пирамида. Устройствата могат да предават данни директно или паралелно към PLC, MES, ERP системата, както и към облачната архитектура. Именно тук доставчиците на Service-to-Service услуги виждат възможности за нови бизнес модели.