Introdução a Open Platform Communication (OPC)

opc

O que é OPC?

OPC, Comunicação de Plataforma Aberta, ou em inglês Open Platform Communication, é um padrão de interoperabilidade que permite que vários fabricantes troquem dados de automação industrial com segurança. Ele define um protocolo de transmissão em tempo real para gerenciar vários dispositivos na planta entre sensores, dispositivos de campo, controladores e aplicações no chão de fábrica, bem como entre os sistemas OT e de TI corporativos (Cloud).

OPC é um protocolo de comunicação M2M usado na Indústria de Automação Industrial. Quando diversos componentes do sistema de automação industrial desejam se comunicar, torna-se viável coletar e analisar informações de cada componente, dividir dados, melhorar a eficiência, a capacidade de resposta e tomar melhores decisões de negócios. OPC, que significa Object Linking and Embedding for Process Control e é baseado na tecnologia OLE, COM e DCOM, destina-se a servir como uma ponte para aplicações baseados em Windows e hardware de controle de processos. O servidor OPC converte o protocolo de comunicação do hardware, assim como qualquer software que precise se conectar ao hardware torna-se o cliente OPC. As instruções OPC são usadas por clientes e servidores OPC para identificar, enviar e controlar comandos que são executados em um controlador ou módulo de IO (Entrada e Saída).

OPC UA (Arquitetura Unificada) é o padrão de próxima geração da OPC Foundation, uma atualização do padrão de interoperabilidade OPC original que atende às necessidades e novos desafios em segurança e modelagem de dados, ao mesmo tempo em que fornece uma arquitetura de plataforma aberta de tecnologia rica em recursos que é futurista, escalável e extensível.

OPC-UA e IIoT

OPC UA é uma estrutura de arquitetura orientada a serviços (SOA) que pode ser desenvolvida para suportar uma ampla variedade de plataformas, desde sistemas embarcados com microcontroladores até infraestrutura em nuvem. Por ser independente de plataforma e adaptável do sensor à nuvem, pode ser integrado a dispositivos, tornando-se uma solução completa para aplicações baseados em IoT. Isso também permite que os players da Internet das Coisas (IoT) modelem dados com base em produtos específicos. OPC UA é o protocolo preferencial para a IIoT, pois possui todos os recursos que deveria ter. É um padrão industrial para organização de dados desde a borda (máquinas em unidades industriais, PLCs, controles pneumáticos, etc.).

OPC e IoT funcionam nos bastidores para os consumidores, com os objetivos de negócios incluindo insights sobre Produtividade, OEE e Qualidade, bem como uma plataforma que permite decisões orientadas por dados, facilitando o desenvolvimento de soluções OPC UA baseadas na tecnologia IIoT. O OPC UA permite que dispositivos distantes sejam facilmente conectados à IoT na nuvem ou na borda, permitindo diagnósticos de dispositivos, gerenciamento de ativos e monitoramento, relatórios e outras aplicações. Ele garante a segurança criptografando dados, autenticando usuários e auditando operações. Ele se desenvolve no OPC Classic fornecendo recursos sob demanda, tem capacidade de identificar servidores e outros dispositivos em uma rede e possui uma arquitetura de espaço de endereço projetada para suportar estruturas de dados mais sofisticadas.

OPC-UA e a Automação Industrial

Antes do desenvolvimento do OPC, cada fabricante OEM tinha aplicações que usavam seus próprios drivers e mantinham os dados de forma diferenciada. Isso criou uma série de problemas para os fabricantes porque cada fornecedor gerava seus próprios dados, que não podiam ser usados ​​para gerar relatórios. Para a criação de relatórios, eles tiveram que desenvolver soluções exclusivas desses vários fornecedores. Então, como os dados estavam bloqueados em um formato exclusivo, apenas algumas combinações eram possíveis. Os dados foram armazenados em vários modelos de PLC, IHMs, máquinas CNC, ERPs e assim por diante. Além disso, sempre que um novo sistema era adicionado, as fábricas ignoravam o problema de modificar o gerenciamento. Ao invés de desenvolver um novo produto para regular a tecnologia sem formato exclusivo e para facilitar a conectividade generalizada, o OPC foi estabelecido como uma solução para essas preocupações. Um namespace é estabelecido quando um servidor OPC descreve um grupo de variáveis ​​dentro de uma hierarquia em forma de árvore de diretórios. Cada variável tem vários tipos de dados, como um inteiro, um valor booleano, um valor real, uma string e um valor padrão. Um protocolo binário baseado em TCP é usado para conectar um ou mais clientes OPC ao servidor OPC.

A Arquitetura Unificada OPC (UA) foi descrita e está sendo testada e implementada como parte dos Early Adopters do programa. Ele pode ser implementado em Java, Microsoft.NET ou C, eliminando a necessidade de versões anteriores do OPC precisarem de uma plataforma baseada em Microsoft-Windows. Para fornecer suporte MES e ERP de nível superior, a UA combina os recursos das interfaces OPC atuais com novas tecnologias, como XML e Web Services.

A Platform Industry 4.0 examinou minuciosamente o OPC UA e o validou como uma tecnologia chave para a implementação da ‘Camada de Comunicação’ do ‘Reference Architecture Model Industry 4.0’. (RAMI4.0). O protocolo OPC UA é padronizado como parte da série IEC 62541. Deve-se notar que a especificação OPC UA é a mais recente que não se baseia na tecnologia Microsoft COM e, portanto, permite compatibilidade entre plataformas.

O paradigma OPC UA, conforme ilustrado na figura, descreve como os clientes acessam as informações no servidor. A camada OPC UA inclui uma linguagem de descrição detalhada, bem como os serviços de comunicação necessários para os modelos de informação. Esses sistemas se distinguem por seu tamanho, desempenho, plataformas e recursos funcionais, como Client-Server e PubSub.

OPC UA - Modelo de Camadas
Figura: Modelo de Camadas do OPC UA (link: opcfounadation.org)

OPC UA pode ser integrado em redes Ethernet industriais existentes e executado na infraestrutura PROFINET existente, sem comprometer a qualidade. O objetivo do OPC UA é estender a interoperabilidade para dispositivos e aplicações corporativas, e recentemente introduziu publicar/assinar na infraestrutura de comunicação cliente/servidor original. A especificação também procura eliminar a necessidade de um PC Windows autônomo, permitindo que um servidor seja integrado a um dispositivo de borda.

Padrões OPC usados ​​em sistemas de automação industrial

O objetivo era abstrair os protocolos de comunicação dos CLPs, que são pequenos computadores de propósitos especiais usados ​​extensivamente na automação industrial. Abstraindo esses vários protocolos, uma interface padronizada serveria como uma espécie de intermediário convertendo solicitações de leitura/gravação entre softwares de IHM que os funcionários usam para controlar máquinas via CLPs e SCADA (controle de supervisão e aquisição de dados), foi criada uma arquitetura de computador popular para controle de processos industriais.

A tecnologia OPC inclui vários padrões (OPC DA, OPC HAD, OPC AE, OPC Batch, OPC DX, OPC Security, OPC XML-DA, OPC Complex Data, OPC Commands e OPC UA) que descrevem um conjunto específico de funcionalidades. O padrão mais prevalente é o OPC DA (Data Access), que define uma coleção de funções para troca de dados em tempo real com PLCs, DCSs, IHMs, CNCs e outros dispositivos. O módulo OPC HDA (Historical Data Retrieve) permite acessar dados e histórico previamente gravados. Outro padrão, OPC AE (Alarms & Situations), fornece recursos de notificação sob demanda para uma variedade de eventos, incluindo emergências, ações do operador, mensagens informativas e outros.

O OPC Batch controla o processo técnico em nível de etapa e receita. A função OPC DX (Data interchange) gerencia a troca de dados entre servidores OPC através de uma rede Ethernet. O objetivo principal deste padrão é construir gateways de troca de dados entre dispositivos e aplicações de vários fornecedores. As funções de organização de permissões de acesso de cliente aos dados do servidor OPC são definidas pelo OPC Security. O padrão OPC XML-DA (XML-Data Access) é um formato versátil e baseado em regras para transferência de dados por meio de XML, SOAP e HTTP.

OPC Complex Data é uma coleção de especificações complementares OPC DA e XML-DA que permitem que os servidores se comuniquem com tipos de dados complexos, como estruturas binárias e documentos XML. Os Comandos OPC são uma coleção de interfaces de programação que permitem que clientes e servidores OPC identifiquem, enviem e controlem comandos que são executados em um controlador ou módulo de Entrada e Saída. OPC DA é o padrão mais utilizado, porém tem uma desvantagem significativa. Ele foi baseado em tecnologias Windows então modernas, como OLE, ActiveX e COM/DCOM no momento de seu desenvolvimento, mas a indústria mudou e outros sistemas operacionais e tecnologias ganharam destaque.

OPC: Casos de Uso

Troca de dados sem falhas via OPC-UA

A inteligência está sendo transferida de sistemas de controle de supervisão para componentes locais à medida que a indústria avança em direção à integração horizontal e vertical. Esse crescimento está criando um aumento na necessidade de comunicação, para o qual o padrão aberto OPC-UA, que também pode ser usado para dispositivos embarcados, é uma solução adequada. O OPC-UA embarcado é um gateway de servidor que conecta os mundos de controle e TI, fornecendo acesso a dados de processo, fabricação e qualidade em uma variedade de diferentes tipos de controladores.

Gerenciamento de água com dispositivos inteligentes habilitados para OPC UA

Controladores embarcados independentes e descentralizados podem atuar juntos para construir uma rede inteligente para controlar plantas de água potável e águas residuais. OPC UA é a solução adequada para estabelecer comunicação M2M segura e padronizada nessas plantas. OPC UA é utilizado entre plantas para comunicação M2M ou Tecnologia IoT para a rede inteligente de controladores embarcados descentralizados, autônomos e muito pequenos. Como o controlador possui um servidor OPC UA, esses objetos são instantaneamente expostos ao mundo externo como estruturas de dados sofisticadas, permitindo a interoperabilidade semântica. Como resultado, surge a inteligência descentralizada, capaz de tomar decisões independentes e transmitir informações aos sistemas vizinhos.

Muitos kits de ferramentas OPC, softwares e módulos de empresas estão disponíveis para executar design, desenvolvimento e também projetos em Open Platform Communication. A Newark fez parceria com vários fornecedores que atendem a uma variedade de componentes OPC industriais, como OPC, opc toolkit, acessórios para controladores de processo, interfaces de conversores, kits de dessenvolvimento de software, PLC e computação industrial.

Contato da Newark no Brasil

Para mais informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: vendas@laterebr.com.br 

* Texto originalmente publicado em: link

(*) este post foi patrocinado pela Newark e LATeRe

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