OPC UA: apertura, versatilità e sicurezza

Il protocollo OPC UA permette dicogliere le sfide della Fabbrica Connessa semplificando la comunicazione da macchina a macchina. Bosch Rexroth racconta i vantaggi dello standard OPC UA nell’automazione industriale 4.0. 

La connettività e la comunicazione all’interno del processo produttivo sono tra i pilastri principali dell’Industria 4.0. Le fabbriche, effettivamente, sono sempre più digitalizzate e interconnesse, un requisito necessario e imprescindibile per rimanere competitivi sul mercato. Ciò comporta una crescente attenzione al potenziamento delle tecnologie che abilitano e semplificano la connettività nel settore manifatturiero, la centralizzazione dei dati prodotti in formati differenti e la loro interpretazione.

I detentori di questi dati – le macchine, i server, i dispositivi – anche qualora abbiano diversa provenienza, non hanno ragione di funzionare in maniera isolata, il valore viene creato dalla loro interazione e dallo scambio di tali informazioni. Per ovviare a questa esigenza entra in gioco lo standard Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) che grazie alla sua interoperabilità contribuisce ad affrontare le sfide della Fabbrica Connessa, semplificando la comunicazione da macchina a macchina (M2M).

In cosa consiste l’OPC UA

L’OPC UA è uno standard di comunicazione M2M liberamente disponibileche consente lo scambio di dati tra controllori logici programmabili (PLC), interfacce uomo-macchina (HMI), server, client e altri macchinari.

L’OPC UA è un protocollo successivo allo standard OPC Classic originale e ha diverse evoluzioni vantaggiose, tra cui l’importante caratteristica di essere progettato specificamente per l’automazionee di non essere più basato su COM/DCOM. L’OPC UA è realizzato per comunicare con i dispositivi e i sistemi industriali ed è ottimizzato per la gestione dei dati ai fini di soddisfare tutti i requisiti di un’automazione in continua crescita come quella attuale.

Lo standard OPC UA ha un ampio range di implementazioni in tanti linguaggi differenti. In contesti che presuppongono macchine o sistemi diversi, e quindi la necessità di farli comunicare, l’OPC UA è un’ottima scelta poiché permette di non dipendere dai singoli fornitori.

Gli otto principali vantaggi dello standard OPC UA

Apertura. L’OPC UA è uno standard aperto: con il codice sorgentedisponibile, il protocollo è implementabile sotto la licenza open source. Chi ha le competenze necessarie e volontà di costruirsi in autonomia il proprio server/client OPC UA, può avere a disposizione le specifiche e il codice (non è quindi obbligato ad acquistare un server OPC da un fornitore).

Versatilità cross-platform. Il protocollo OPC UA è indipendente dalla piattaformaspecifica e quindi facilmente integrabile. Mentre il precedente server OPC funzionava solo sulla piattaforma Windows, l’OPC UA va oltre: mettendo a disposizione l’infrastruttura necessaria all’interoperabilità aziendale, è adatto per Windows, Linux, Mac, Android, RapsberryPi, e altre piattaforme. Questa caratteristica è fondamentale per il contesto industriale, vista la grande varietà dell’hardware e dei sistemi operativi oggi disponibili.

Sicurezza. È un sistema che soddisfa molteplicistandard di sicurezza per quanto riguarda l’autentificazione, l’autorizzazione, la sicurezza intesa come integrità e privacydellatrasmissione. Dal punto di vista della cyber-security, l’OPC UA permette di scambiare informazionifirmate digitalmente, crittografate, con algoritmi avanzati, anche all’interno dello stabilimento.

SOA alla base. L’OPC UA è stato concepito sulla base di un’architettura service-oriented (SOA). È un tipo di architettura che si utilizza nel gestire microservizi sul webe permette una gestione molto flessibile. Si predilige l’interoperabilità degli stessi, la flessibilità e la standardizzazione, per evitare implementazioni particolari e integrazioni personalizzate. Sviluppare tutto ad-hoc potrebbe portare a sistemi più ottimizzati ma a discapito dei tempi e costi di integrazione, oltre alla forte difficoltà a reagire rapidamente alle specifiche e ai requisiti in continuo mutamento.

Compatibilità. Il fatto che tantissimi grossi fornitori si siano allineati a questo protocollo lo rende uno standard de facto, il che vuol dire che mentre prima le aziende avevano propri protocolli, l’OPC UA è, oggi,largamente accettato e utilizzato nel mondo dell’automazione. Non riguarda soltanto il mondodei PLC ma anche i prodotti IoT e quasi tutti i HMI, che sono compatibili con lo standard OPC UA.

Possibilità di svolgere azioni attive. Un altro vantaggio che porta l’OPC UA è la possibilità di gestire gli eventi e le azioni(metodi) al di là dei dati. Questo permette non solo di ricevere le informazioni ma anche di essere parteattiva della comunicazione grazie al fatto di poter comandare l’esecuzione di metodi. Il protocollo permette all’utilizzatore di definire eventi in base ai quali ricevere le notifiche. Inoltre, la gerarchiadei dati rende molto facile la ricerca delle informazioni necessarie.

Scalabilità. Questo vantaggio per i sistemi di nuova generazione unisce il concetto dell’open source con il concetto di cross-platform. Se un utente va a sviluppare un’applicazione o un’architettura, il protocollo offre il vantaggio di poter utilizzare un linguaggio di programmazione più adatto per implementarlo, a partire dal classico C++ o .net, Java, ma anche linguaggi molto leggeri come Python. Ciò consente di sviluppare i sistemi sia per i piccoli costruttori sia per grandi produttori. L’OPC UA di fatto vanta una scalabilità enorme, a partire dai piccoli sistemi fino ad arrivare ai sistemi molto strutturati e performanti

Subscriptions e metadati. I due paradigmi che utilizza l’OPC UA sono il paradigmaClient-Server (quello più “classico”) e il paradigma Publish-Subscriber che permette di sottoscriversi sotto certi criteri; quindi si può ricevere il nuovo dato se varia il valore o se varia l’istante in cui il dato è stato generato o se varia la sua qualità, cioè lo stato della comunicazione.

Oltre al dato, con l’OPC UA gli utenti ricevono tutto unpacchetto di metadati: informazioni riguardantiun dato specifico che aiutano a qualificarlo meglio (a differenza dell’OPC DAche forniva soltanto le informazioni stesse).

Bosch Rexroth e le funzionalità dell’OPC UA: un’implementazione completa

Bosch Rexroth è stata una delle prime aziende ad integrare l’OPC UA all’interno dei propri sistemi: a partire dal 2013 è lo standard di comunicazione dell’azienda. Ciò significa che Bosch Rexroth utilizzail protocolloanche per far parlare i propri sistemie lo implementain tutte le architetture, da quelle idrauliche a quelle dei controlli numerici.L’OPC UAè diventato il protocollo di punta dell’azienda grazie al fatto di non essere legatosoltanto allo scambio dei dati in una logica di pollingmadi essere inveceottimizzato con le funzionalità di Publish-Subscriber.

In Bosch Rexrothil protocollo viene usato a 360° in modo capillare: è presente nel ctrlX AUTOMATION, è di default su tutti i controlli motion a partire dal 2013, su tutti i controlli numerici dal 2015, sui controlli motion idraulici e come standard di comunicazione primario su tutti gli HMI. È utilizzato sia in lettura, sia per trasmettere i dati disponibili all’esterno nel prodotto IoT Gateway. Sarà presente anche negli azionamentidella prossima generazione con l’avvento del ctrlXDRIVE.

Per quanto riguarda, ad esempio, i controlli motion con il server OPC UA, Bosch Rexroth consegna ai clienti il prodotto con tante funzionalità già predefiniteper semplificare il lavoro dell’utente. Il cliente riceve giàdisponibili tutti i parametri dei controlli, degli azionamenti e degli assi, insieme ad un elenco degli eventi e dei metodi con i quali è possibile dare i comandi agli assi senza dover scrivere codice. In altre parole, Bosch Rexroth ha costruito un’interfaccia di comunicazione completasopra il server OPC UA. Questo consente di semplificare la costruzione degli HMI e velocizzare il processo di costruzione del software, perché una buona parte dell’interfaccia verso l’esterno è già fatta in automatico dal sistema di Bosch Rexroth.

Il ruolo dell’OPC UAnell’Industria 4.0

Avere un linguaggio comune rende facile, fruibile ed accessibile a tutti la raccolta dati da sistemi di provenienza arbitraria. Indipendentemente dal sistema specifico che si potràaverenel proprio stabilimento o dispositivo, lo standard OPC UA fornirà all’utente un linguaggio comune per raccogliere i datiancora più facilmente: un traguardo importante e una risorsa importantissima per lo sviluppo di una Fabbrica Intelligente.

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