Was ist OPC?

OPC ist der Interoperabilitätsstandard für den sicheren und zuverlässigen Datenaustausch im Bereich der industriellen Automatisierung und in anderen Branchen. Es ist plattformunabhängig und gewährleistet den nahtlosen Informationsfluss zwischen Geräten mehrerer Anbieter. Die OPC Foundation ist für die Entwicklung und Wartung dieses Standards verantwortlich.

Der OPC-Standard ist eine Reihe von Spezifikationen, die von Branchenanbietern, Endbenutzern und Softwareentwicklern entwickelt wurden. Diese Spezifikationen definieren die Schnittstelle zwischen Clients und Servern sowie Servern und Servern, einschließlich Zugriff auf Echtzeitdaten, Überwachung von Alarmen und Ereignissen, Zugriff auf historische Daten und andere Anwendungen.

Als der Standard 1996 zum ersten Mal veröffentlicht wurde, bestand sein Zweck darin, SPS-spezifische Protokolle (wie Modbus, Profibus usw.) in eine standardisierte Schnittstelle abstrahieren, über die HMI / SCADA-Systeme mit einem “-Mittelmann ” kommunizieren können > wer würde generische OPC-Lese- / Schreibanfragen in gerätespezifische Anforderungen konvertieren und umgekehrt. Infolgedessen entstand eine ganze Heimindustrie von Produkten, mit der Endbenutzer Systeme mit Best-of-Breed-Produkten implementieren konnten, die alle nahtlos über OPC interagieren.

Ursprünglich war der OPC-Standard auf das Windows-Betriebssystem beschränkt. Daher wurde das Akronym OPC für die Prozesssteuerung von OLE (Objektverknüpfung und -einbettung) getragen. Diese Spezifikationen, die heute als bekannt sind OPC Classic haben sich in verschiedenen Branchen weit verbreitet, darunter Produktion, Gebäudeautomation, Öl und Gas, erneuerbare Energien und Versorgungsunternehmen.

Mit der Einführung serviceorientierter Architekturen in Fertigungssystemen kamen neue Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Datenmodellierung. Die OPC Foundation hat die entwickelt OPC UA Spezifikationen zur Erfüllung dieser Anforderungen und gleichzeitig eine funktionsreiche Technologie-Open-Platform-Architektur, die zukunftssicher, skalierbar und erweiterbar ist.

Dies sind nur einige der Gründe, warum sich so viele Mitglieder und andere Technologieorganisationen (Kollaborationen) für ihre Interoperabilitätsplattform an OPC UA wenden.

OPC Classic

Die OPC Classic-Spezifikationen basieren auf der Microsoft Windows-Technologie, die das COM / DCOM (Distributed Component Object Model) für den Datenaustausch zwischen Softwarekomponenten verwendet. Die Spezifikationen enthalten separate Definitionen für den Zugriff auf Prozessdaten, Alarme und historische Daten.

Die OPC DA-Spezifikation definiert den Datenaustausch einschließlich Werte, Zeit und Qualitätsinformationen.

Die OPC A&E-Spezifikation definiert den Austausch von Nachrichteninformationen vom Alarm- und Ereignistyp sowie die Verwaltung von Variablenzuständen und Status.

Die OPC HDA-Spezifikation definiert Abfragemethoden und Analysen, die auf historische Daten mit Zeitstempel angewendet werden können.

Die OPC Classic-Spezifikationen haben der OPC-Community gute Dienste geleistet. Mit der Entwicklung der Technologie waren jedoch auch erweiterte OPC Spezifikationen erforderlich.

Im Jahr 2008 hat die OPC Foundation die OPC Unified Architecture (OPC UA) veröffentlicht, eine plattformunabhängige serviceorientierte Architektur, die alle Funktionen der vorhandenen OPC Classic-Spezifikationen integriert. Mehrere Faktoren beeinflussten die Entscheidung, OPC UA zu erstellen:

•	Microsoft hat COM (Component Object Model) und DCOM (Distributed COM) zugunsten von plattformübergreifender SOA (Service-Oriented Architecture) herabgesetzt.

•	OPC-Anbieter möchten, dass ein einziger Satz von Diensten die OPC-Datenmodelle verfügbar macht, z. B. Datenzugriff, Alarme und Ereignisse, historischer Datenzugriff usw.

•	Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen OPC-Anbieter OPC auf Nicht-Microsoft-Systemen, einschließlich Embedded Geräte, implementieren.

•	Andere zusammenarbeitende Organisationen benötigen eine zuverlässige und effiziente Möglichkeit, strukturierte Daten auf hoher Ebene zu transportieren.

•	Benutzer benötigen die Möglichkeit, über Firewalls auf OPC-Server zuzugreifen.

OPC Unified Architecture

Die 2008 veröffentlichte OPC Unified Architecture (UA) ist eine plattformunabhängige serviceorientierte Architektur, die alle Funktionen der einzelnen OPC Classic-Spezifikationen in ein erweiterbares Framework integriert.

Dieser mehrschichtige Ansatz erreicht die ursprünglichen Ziele der Entwurfsspezifikation von:

•	Funktionelle Äquivalenz: Alle COM OPC Classic-Spezifikationen sind UA zugeordnet

•	Plattformunabhängigkeit: von einem eingebetteten Mikrocontroller zur Cloud-basierten Infrastruktur

•	Sicher: Verschlüsselung, Authentifizierung und Prüfung

•	Erweiterbar: Möglichkeit, neue Funktionen hinzuzufügen, ohne vorhandene Anwendungen zu beeinträchtigen

•	Umfassende Informationsmodellierung: zum Definieren komplexer Informationen

Funktionale Äquivalenz

Aufbauend auf dem Erfolg von OPC Classic wurde OPC UA entwickelt, um die Funktionen der OPC Classic-Spezifikationen zu verbessern und zu übertreffen. OPC UA entspricht funktional OPC Classic und kann jedoch noch viel mehr:

Entdeckung: Finden Sie die Verfügbarkeit von OPC-Servern auf lokalen PCs und / oder Netzwerken

Adressraum: Alle Daten werden hierarchisch dargestellt (z. B. Dateien und Ordner), sodass einfache und komplexe Strukturen von OPC-Clients entdeckt und verwendet werden können

Auf Anfrage: Lesen und Schreiben von Daten / Informationen basierend auf Zugriffsberechtigungen

Abonnements: Überwachen Sie Daten / Informationen und berichten Sie von der Ausnahme, wenn sich die Werte basierend auf den Kriterien eines Kunden ändern

Veranstaltungen: Benachrichtigen Sie wichtige Informationen anhand der Kriterien des Kunden

Methoden: Clients können Programme usw. basierend auf den auf dem Server definierten Methoden ausführen

Die Integration zwischen OPC UA-Produkten und OPC Classic-Produkten ist mit COM / Proxy-Wrappern, die im Download-Bereich verfügbar sind, problemlos möglich.

Plattformunabhängigkeit

Angesichts der Vielzahl verfügbarer Hardwareplattformen und Betriebssysteme ist die Unabhängigkeit der Plattform von wesentlicher Bedeutung. OPC UA funktioniert auf einer der folgenden und mehr Funktionen:

Hardwareplattformen: herkömmliche PC-Hardware, Cloud-basierte Server, SPSs, Mikrocontroller (ARM usw.)

Betriebssysteme: Microsoft Windows, Apple OSX, Android oder eine beliebige Linux-Distribution usw.

OPC UA bietet die notwendige Infrastruktur für die Interoperabilität im gesamten Unternehmen, von Maschine zu Maschine, von Maschine zu Unternehmen und von allem dazwischen.

Sicherheit

Eine der wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl einer Technologie ist die Sicherheit. OPC UA ist firewallfreundlich und geht gleichzeitig auf Sicherheitsbedenken ein, indem es eine Reihe von Steuerelementen bereitstellt:

•	Transport: Es werden zahlreiche Protokolle definiert, die beispielsweise Optionen wie den ultraschnellen OPC-Binärtransport oder den universell kompatibleren JSON über Websockets bieten

•	Sitzungsverschlüsselung: Nachrichten werden auf verschiedenen Verschlüsselungsebenen sicher übertragen

•	Nachrichtenunterzeichnung: Mit der Signatur der Nachricht kann der Empfänger die Herkunft und Integrität der empfangenen Nachrichten überprüfen

•	Sequenzierte Pakete: Die Exposition gegenüber Nachrichtenwiederholungsangriffen wird mit Sequenzierung eliminiert

•	Authentifizierung: Jeder UA-Client und Server wird durch X509-Zertifikate identifiziert, die die Kontrolle darüber bieten, welche Anwendungen und Systeme miteinander verbunden werden dürfen

•	Benutzersteuerung: Für Anwendungen müssen sich Benutzer authentifizieren (Anmeldeinformationen, Zertifikat, Web-Token usw.) und können ihre Funktionen mit Zugriffsrechten und Adressraumansichten “” weiter einschränken und verbessern.

•	Prüfung: Aktivitäten des Benutzers und / oder Systems werden protokolliert und bieten einen Zugriffsprüfungspfad

Erweiterbar

Die mehrschichtige Architektur von OPC UA bietet ein zukünftiges Proof “-Framework. Innovative Technologien und Methoden wie neue Transportprotokolle, Sicherheitsalgorithmen, Codierungsstandards oder Anwendungsdienste können in die OPC-UA integriert werden, während die Abwärtskompatibilität für vorhandene Produkte erhalten bleibt. UA-Produkte, die heute gebaut werden, funktionieren mit den Produkten von morgen.

Informationsmodellierung und Zugriff

Das OPC UA Information Modeling Framework verwandelt Daten in Informationen. Mit vollständigen objektorientierten Funktionen können selbst die komplexesten mehrstufigen Strukturen modelliert und erweitert werden.

Dieses Framework ist DAS grundlegende Element der einheitlichen OPC-Architektur. Es definiert die Regeln und Grundbausteine, die erforderlich sind, um ein Informationsmodell mit OPC UA freizulegen. Während OPC UA bereits mehrere Kernmodelle definiert, die in vielen Branchen angewendet werden können, bauen andere Organisationen ihre Modelle darauf auf und legen ihre spezifischeren Informationen bei OPC UA offen.

OPC UA definiert auch die notwendigen Zugriffsmechanismen auf Informationsmodelle.

•	Nachschlagemechanismus (Browsing) zum Auffinden von Instanzen und deren Semantik

•	Lesen und schreiben Sie Vorgänge für aktuelle Daten und historische Daten

Für die Client-Server-Kommunikation steht der gesamte Bereich des Informationsmodellzugriffs über Dienste zur Verfügung und folgt dabei dem Entwurfsparadigma der serviceorientierten Architektur (SOA), mit dem ein Dienstanbieter Anforderungen empfängt, verarbeitet und die Ergebnisse mit dem zurücksendet Antwort.

Publish-Subscribe

Publish-Subscribe (PubSub) bietet einen alternativen Mechanismus für die Daten- und Ereignisbenachrichtigung. Während in der Client-Server-Kommunikation jede Benachrichtigung für einen einzelnen Client mit garantierter Zustellung gilt, wurde PubSub für viele bis viele Konfigurationen optimiert.

Mit PubSub tauschen OPC-UA-Anwendungen Anfragen und Antworten nicht direkt aus. Stattdessen senden Verlage Nachrichten an eine nachrichtenorientierte Middleware, ohne zu wissen, welche Abonnenten es gegebenenfalls gibt. In ähnlicher Weise bekunden Abonnenten Interesse an bestimmten Datentypen und verarbeiten Nachrichten, die diese Daten enthalten, ohne wissen zu müssen, woher sie stammen.