Использование OPC UA в решениях IIoT
Обмен данными между традиционными системами автоматизации и облачными сервисами часто вызывает вопросы, связанные с совместимостью и безопасностью. OPC UA предлагает встроенные механизмы безопасности, которые эффективно помогают решать эти задачи.
Углекислый газ в двух словах
- OPC на протяжении многих лет применяется в промышленности, обеспечивая простую и быструю реализацию, однако при этом имеет определённые ограничения по масштабируемости и гибкости.
- OPC UA был разработан как значительное развитие этой технологии и позволяет обеспечить безопасный и стандартизированный обмен данными между автоматизированными процессами и ИТ-системами на различных платформах.
- Архитектура OPC UA поддерживает более высокую масштабируемость, совместимость и расширенные функции безопасности, что делает его хорошо подходящим для современных промышленных сред.
- Для приложений IIoT OPC UA предоставляет существенные преимущества благодаря повышенному уровню совместимости.
Что такое OPC UA?
Выпущенный в 2008 году, протокол OPC UA стал одним из ключевых решений для обеспечения совместимости между цифровыми системами. Это решение полностью соответствует концепциям IIoT.
Одним из его ключевых преимуществ является полная совместимость с OPC Classic и его функциями. При этом, в отличие от OPC Classic, который работает только в среде Windows, OPC UA поддерживает несколько платформ, включая Apple, Android, Linux и Windows, обеспечивая значительно более широкую совместимость.
OPC Classic и OPC UA имеют ряд общих базовых функций, таких как локальное и сетевое обнаружение серверов, иерархическое представление данных, а также управляемые операции чтения и записи с учётом прав доступа. Кроме того, OPC UA совместим с широким спектром аппаратных средств, включая традиционные компьютеры, программируемые логические контроллеры, микроконтроллеры и облачные серверы.
Форматирование сообщений и безопасность в OPC UA
Обмен сообщениями в OPC UA осуществляется как на уровне устройств, так и на более высоких уровнях системы с использованием двух основных форматов: Binary UA и XML. Эти форматы определяют способ кодирования и декодирования сообщений.
Бинарный формат Binary UA чаще всего применяется на уровне оборудования, поскольку требует меньших вычислительных ресурсов и обеспечивает более высокую производительность. Он был разработан для эффективного кодирования и декодирования данных с учётом минимизации их объёма, что позволяет оптимизировать скорость обмена.
XML, напротив, используется для обмена информацией на более высоком уровне. Клиенты, работающие по протоколу OPC UA, могут интерпретировать сообщения в формате XML, который предоставляет расширенные возможности сериализации и десериализации и лучше подходит для обработки сложных структур данных.
С точки зрения безопасности OPC Classic опирается на протоколы COM и DCOM компании Microsoft. OPC UA использует собственную комплексную модель безопасности, включающую инфраструктуру открытых ключей (PKI) и сертификаты x.509, принятые в промышленности. Также поддерживаются аутентификация, шифрование, авторизация и другие современные механизмы защиты, обеспечивающие целостность и конфиденциальность данных.
Протокольное взаимодействие
Для определения обмена данными между клиентом и сервером OPC UA использует два транспортных протокола: OPC TCP и SOAP/HTTP(s). OPC TCP является специализированным протоколом, то есть передаваемую информацию могут интерпретировать только клиенты OPC UA. Обмен данными между клиентом и сервером двунаправленный, а сообщения передаются в защищённой бинарной структуре.
При использовании SOAP сообщения передаются по HTTP(s). В отличие от OPC TCP, этот подход обеспечивает более широкие возможности интерпретации данных и допускает доступ даже через стандартный веб-браузер. Такой метод широко применяется в промышленных средах.
Преимущества и применение OPC UA в IIoT
Протокол OPC UA обеспечивает межплатформенную совместимость при одновременном соблюдении требований безопасности и масштабируемости. Он широко рассматривается как ключевое решение для интеграции систем IIoT.
Обмен данными через OPC UA является прозрачным, что значительно снижает сложности интеграции оборудования и систем различных производителей. В результате производители всё чаще обязаны предоставлять всю релевантную информацию именно через этот протокол.
Экосистема Netilion — архитектура IIoT
OPC UA предоставляет чёткий и эффективный способ интеграции данных от полевого оборудования в системы более высокого уровня. Хотя MQTT также широко используется для прямого подключения устройств, OPC UA остаётся основой для структурированного и безопасного обмена данными в промышленной среде.
OPC UA с JavaScript, JSON и REST API
Одной из ключевых задач IIoT является использование собранных данных для аналитики и получения практически применимых выводов. OPC Foundation демонстрирует примеры применения OPC UA совместно с API, и аналогичные подходы могут быть реализованы с использованием IIoT-сервисов, таких как Netilion.
Netilion Connect — это сервис подключения на основе API, включающий дополнительный модуль сервера OPC, что упрощает интеграцию с клиентами OPC UA. Через сервер OPC UA данные могут быть бесшовно интегрированы в другие решения, например MES- или SCADA-системы.
Использование сервера OPC UA в качестве уровня подключения для клиентских приложений имеет ряд преимуществ. Оно не требует локальной установки, снижая первоначальные затраты на инфраструктуру и последующие усилия по обслуживанию. Для работы необходим только доступ к интернету, что делает внедрение быстрым и экономически эффективным.
Сбор данных, как правило, основан на использовании JSON для представления данных и JavaScript для реализации логики. По мере сближения ИТ и автоматизации языки программирования будут всё шире применяться в промышленной среде.
