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Histoire de OPC UA

En 1994, un groupe de vendeurs de logiciels et de matériel dans le secteur de l'automatisation industrielle et d'autres disciplines d'ingénierie a formé ce qui est maintenant connu sous le nom de Fondation OPC. La Fondation OPC a entrepris de développer une spécification client/serveur unique qui permettrait à n'importe quel fournisseur de développer des logiciels et des applications qui partagent des données de manière rapide et robuste, tout en éliminant les schémas propriétaires qui obligeaient ces fournisseurs à dupliquer leurs efforts de développement.

En conséquence, la Fondation OPC a développé la première spécification pour OPC DA, appelée "Data Access Specification 1.0a". Elle a été publiée peu de temps après, au début de 1996. En utilisant cette spécification, les fournisseurs pouvaient rapidement développer un logiciel client/serveur. La spécification d'accès aux données définit comment l'interface d'application du client et du serveur doit être construite. Cependant, comme OPC DA s'appuie fortement sur Windows DCOM (Distributed Component Object Model), de nombreux fournisseurs reconnaissent que OPC DA n'est pas un véritable standard ouvert, se comporte mal dans un état déconnecté, ne fonctionne pas bien avec les pare-feu, et ne fonctionne que sous Windows.

Pour surmonter les inconvénients d'OPC DA, la fondation OPC a développé OPC UA qui était sensiblement différent de son prédécesseur. L'objectif était de s'éloigner de l'utilisation principale de Windows DCOM pour mieux répondre aux besoins évolutifs de l'automatisation industrielle. La première spécification d'OPC UA a été publiée en 2006 et la dernière version 1.04 a été publiée en novembre 2017, qui a ajouté une infrastructure de communication de type publish/subscribe et de nouvelles politiques de sécurité.

Certaines des améliorations qui ont été introduites dans OPC UA sont :

  • Ouverture : disponible pour que tout le monde puisse l'utiliser et le mettre en œuvre sous la licence GPL 2.0.
  • Multiplateforme : elle n'est pas liée à un seul système d'exploitation ou langage de programmation.
  • Sécurité accrue du protocole : qui permet aux utilisateurs d'accéder à l'authentification, l'autorisation, l'intégrité et la confidentialité.
  • Introduction de la méthode qui représente l'appel de fonction d'un objet : la méthode est appelée (invoquée) et revient une fois la fonction terminée, qu'elle soit réussie ou non.
  • Intégration du modèle d'information dans la CEI 62541 : cette spécification est la base de l'infrastructure nécessaire aux fournisseurs pour intégrer leurs informations et modéliser leurs données complexes dans un espace de nom OPC UA. Elle tire parti de la riche architecture orientée services d'OPC UA.

La norme OPC UA

Les extensions de champ spécifiées par l'initiative FLC (Field Level Communication) sont basées sur la norme OPC UA CEI 62541. Cette norme fournit aux fournisseurs une plateforme indépendante qui permet un échange d'informations sécurisé et fiable. La norme OPC UA prend en charge les services et protocoles client/serveur et les modèles et protocoles de publication/abonnement (PubSub). OPC UA peut fonctionner sur une relation client/serveur dédiée. Dans le scénario PubSub, le serveur envoie (publie) des données sur le réseau, et le client (qui s'est abonné) recevra les données. Il est important de noter que dans la spécification OPC UA, l'authentification, la signature et le cryptage des données sont fortement soulignés pour les modèles client/serveur et PubSub.

OPC UA dans l'automatisation industrielle

En plus d'être un protocole de communication machine à machine M2M pour l'automatisation industrielle, OPC UA est également un candidat parfait pour connecter les réseaux de machines et d'entreprises. Le protocole OPC UA ne se contente pas de transférer les informations de la machine telles que les points de consigne, les valeurs mesurées et les paramètres du processus, il définit et décrit également les données. Cela se fait par le biais de mappings dans la spécification OPC UA.

Le modèle d'information OPC UA permet d'établir très efficacement de nouveaux processus entre un automate programmable (PLC) et toute couche logicielle de niveau supérieur orientée métier. Dans un processus industriel, les points de consigne et les variables de contrôle peuvent être facilement et centralement gérés et contrôlés dans le cadre des données de base du matériel. Même les informations spécifiques aux commandes des clients peuvent être échangées directement avec l'automate au lieu de répliquer les données à travers différentes couches logicielles.

En outre, la fourniture de détails sur les mesures et les processus en tant qu'amélioration des documents commerciaux pour des analyses complètes est également une tâche facile puisque la connectivité est normalisée. Avec l'industrie 4.0, la séparation des niveaux et l'approche descendante du flux d'informations ont commencé à se mélanger, ce qui signifie que dans un réseau intelligent, chaque dispositif ou service peut initier de manière autonome la communication avec d'autres services.

PLCopen (une association de fabricants de contrôleurs basés sur la norme IEC 61131-3) a collaboré avec la fondation OPC pour définir les blocs fonctionnels clients OPC UA correspondants. Cela a permis aux automates d'échanger des structures de données complexes horizontalement avec d'autres contrôleurs ou verticalement via un serveur OPC UA dans un système MES (Manufacturing Execution System) ou ERP (Enterprise Resource Planning) pour récupérer de nouvelles commandes de production ou écrire des données dans le cloud. Cet effort a permis à la ligne de production d'agir de manière autonome en combinaison avec une sécurité OPC UA intégrée.

Les industries du monde entier ont mis en œuvre des intégrations verticales utilisant le protocole OPC UA. Chaque composant du processus industriel, tel que le contrôleur, le capteur, le robot, la caméra et le dispositif de mesure, sert d'unité de machine indépendante, qui sert elle-même de serveur OPC UA et de client OPC UA en même temps. Par conséquent, chaque unité de machine peut utiliser les méthodes, les événements ou les points de données OPC UA qui publient ses modes, ses attributs et ses fonctionnalités et s'offre comme un service.

Protocole OPC UA et industrie 4.0

OPC UA et Industrie 4.0

Comme mentionné précédemment, avec l'industrie 4.0 et l'Internet Industriel des Objets Connectés (IIoT), les informations peuvent circuler librement entre les différents appareils d'un réseau intelligent. Cela a posé un sérieux défi pour l'échange sécurisé et normalisé de données et d'informations.

En 2015, le modèle d'architecture de référence pour l'industrie 4.0 (RAMI 4.0) recommandait uniquement la norme CEI 62541 OPC UA pour la mise en œuvre de la couche de communication. Par conséquent, tout produit annoncé comme "compatible avec l'industrie 4.0" doit être compatible avec OPC UA, soit de manière intégrée, soit par le biais d'une passerelle.

Dans le modèle client-serveur, TCP et HTTPS sont généralement utilisés. Dans le modèle PubSub, UDP, AMQP et MQTT sont utilisés. Pour finir, il convient de mentionner que le protocole OPC UA est également mis en œuvre dans les puces, les petits appareils et les capteurs

L'avenir du protocole OPC UA

La configuration

Avec la popularité croissante d'OPC UA dans de nombreuses industries, OPC UA est un bon candidat pour la configuration. Les tâches de configuration simples peuvent être résolues à l'aide de méthodes, pour les processus plus complexes, des transactions seront nécessaires.

 

Les métadonnées dans le cloud

Lorsque des données sont publiées sur des applications Cloud telles que AWS (Amazon Web Services) et Google Cloud, les données n'incluent généralement pas les méta-informations dans l'espace d'adressage du serveur. Les MetaData permettront de résoudre ce problème à l'avenir.

 

Communication déterministe

Dans les générations de communication actuelles et passées, les communications ne sont pas déterministes. La 5G, la 5ème génération de systèmes sans fil, offrira de meilleures performances et un meilleur déterminisme. Il sera similaire à Time Sensitive Networking (TSN), le mappage du modèle PubSub au protocole 5G rendra l'OPC UA plus déterministe.

En plus de la 5G, les mappages vers Wi-Fi 6/7 peuvent rendre le protocole déterministe pour les applications industrielles sans fil et mobiles. En outre, le mappage aux technologies de réseau de couche 3 avec prise en charge de la qualité de service (QoS) devrait permettre une communication OPC UA déterministe acheminée de manière transparente sur des segments de réseau câblés et sans fil.

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