El camino hacia OPC UA

Dentro del curso de IOT e Industria 4.0 nos metemos con el último tramo dedicado al OPC UA.

Qué mejor que ver cuál es el camino que se ha recorrido en la industria hasta llegar a OPC UA, el estándar que supera ampliamente al OPC DA que hemos conocido hasta ahora.

¿Qué había antes de los OPC?

Antes de que existiera OPC no existía ningún tipo de estándar de comunicación entre los diferentes PLC (u otras fuentes de datos) y las aplicaciones que recogían los datos (montandos en un PC por ejemplo).

Esto hacía que las compañías hicieran cada una la guerra por su cuenta y las herramientas fueran desarrolladas de forma propietaria por cada una de ellas, haciendo muy complicada la relación entre los diferentes tipos de equipos (hardware) con las diferentes herramientas ofimáticas (software).

Ni que decir que la potencia de comunicación estaba muy limitada y combinar diferentes fabricantes, casi imposible.

Llega el OPC

En 1995 se funda la OPC Foundation con 5 empresas (Rockwell, Opto 22, Intellution, Intuctive Technology y Fisher-Rosemount). La fundación no ha dejado de crecer desde entonces llegando a las 684 empresas en estos momentos.

Pero ¿ qué es OPC?

OPC es un estándar de comunicaciones cuya misión es poner en contacto los equipos industriales y las aplicaciones HMI y Scada. Esto permite, por ser un estándar común, que la integración entre el software y el hardware se haga de una manera más sencilla.

Según la propia fundación su misión es la siguiente:

La misión de la Fundación OPC es gestionar una organización global en la que los usuarios, proveedores y consorcios colaboren para crear estándares de transferencia de datos para la interoperabilidad multiplataforma,  segura y confiable en la automatización industrial.

Para apoyar esta misión, la Fundación OPC:

• Crea y mantiene especificaciones.
• Asegura el cumplimiento de las especificaciones OPC a través de pruebas de certificación.
• Colabora con organizaciones de estándares líderes en la industria

Fuente: https://opcfoundation.org/about/opc-foundation/mission-statement/

Pero claro, el tema de la multi plataforma, no siempre estuvo ahí.

En un principio, OPC no era OPC, sino más bien OLE. Se trataba de un desarrollo de Microsoft para permitir la incrustación de documentos y objetos, derivado del intercambio de datos dinámicos (DDE).

Con el tiempo, Microsoft OLE deriva en OLE for Process Control… u OPC.

Posteriormente este acrónimo se transforma en Open Platform Communication

Y así, va avanzando poco a poco hasta lo que conocemos hoy en día. Puedes chequear toda su evolución en la web de OPC Foundation si tienes más curiosidad: https://opcfoundation.org/about/opc-foundation/history/

¿Cómo funciona la arquitectura OPC?

OPC es una arquitectura cliente / servidor. Esto hace que desde los clientes, se gestione el servidor, que es un mandado. Por tanto, el servidor no hace nada por si mismo, sino que realiza las acciones solicitadas por el cliente.

Es el cliente quien pide la información al servidor,  a qué velocidad, y este a su vez, lo obtiene del PLC, en nuestro caso.

OPC Clásico

El OPC clásico (OPC DA) depende de Microsoft.

Concretamente del componente DCOM (https://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Objetos_de_Componentes_Distribuidos)

Hay varios sabores de OPC, si bien el más habitual es OPC DA cuyas características son:

• Intercambio de datos entre cliente y servidor en tiempo real en forma de valor, calidad y tiempo (VQT)
• Permite navegar y acceder a la información del servidor
• La velocidad de recolección de datos puede ir hasta los 10ms.
• Permite lectura y escritura

Si el servidor OPC DA y la aplicación está ubicado en la misma máquina (mismo PC), realmente es sencillo de operar con él.

El tema se complica si el servidor OPC DA está en un equipo, y el cliente en otro debido:

• Solo soporta Microsoft windows
• No hay acceso VPN
• No soporta paso a través de firewall
• La autenticación se realiza a través de los servicios de componentes de Windows

Vamos, lo dicho. Siempre que se pueda, que el servidor OPC DA y la aplicación HMI o Scada, ahorra muchos dolores de cabeza.

A lo largo del tiempo se han ido realizando diferentes variantes de OPC para solventar parcialmente las dificultades presentadas, hasta llegar al OPC-UA, que resuelve para la industria las complicaciones del OPC DA

¿Qué es OPC UA?

Las siglas UA ya nos dice bastante sobre él ya que significa  Arquitectura Unificada (Unified Architecture) y tiene unas características bien definidas:

• No depende del sistema operativo. Puedes encontrarlo en Windows, Linux, Mac..
• No depende por tanto del DCOM de Windows haciendo que sea más amigable con los Firewall.
• Incluye todas las características clásicas, en una sola interfaz.

La conectividad entre el cliente y el servidor es a través de un puerto TCP dedicado.

Además, se puede securizar de una forma sencilla mediante cifrado y certificados.

Tienes una pequeña descripción por la propia OPC Foundation en Youtube:

OPC UA en Siemens

Los equipos 1500 de siemens, así como los HMI Comfort disponen de este tipo de protocolo para realizar comunicaciones de forma segura.

Tienes información suministrada por Siemens siguiendo este enlace.

La idea es poder comunicar los PLC o los HMI con dispositivos fuera de la red que montas con los PLC de una forma segura y razonablemente sencilla.

La Forma en que OPC UA Funciona

Imagina que la arquitectura de OPC UA es como la estructura sólida de un edificio industrial. Une todas las partes para que trabajen juntas. Aquí te muestro los detalles más importantes de cómo funciona.

Datos en Orden con el Modelo de Información de OPC UA

El modelo de información de OPC UA es como un organizador para tus cosas. Cada cosa tiene su lugar en un estante, ¿verdad? Del mismo modo, el modelo de información organiza los datos en categorías. Así, es más fácil encontrar lo que necesitas y usarlo de manera práctica.

Las Habilidades Especiales de OPC UA: Funciones y Capacidades

OPC UA tiene un conjunto de habilidades bastante potentes. No solo permite que las aplicaciones hablen entre sí, también puede hacer otras cosas sorprendentes. Es como un vigilante que mantiene un ojo en los datos, te avisa si algo importante sucede e incluso puede hacer cosas en el servidor. Es como tener un asistente inteligente en tu industria.

Amigo de Todos: Compatibilidad y Plataformas

OPC UA es como el tipo amigable que puede llevarse bien con diferentes tipos de computadoras y sistemas operativos. Es como si hablara muchos idiomas, así que puede unir a equipos que normalmente no se llevarían bien. Es el mediador que hace que todos colaboren sin problemas.

Comunicación en OPC UA

La comunicación en OPC UA es como el hilo invisible que conecta todo en un sistema industrial. Aquí veremos algunas cosas importantes sobre cómo se maneja esta comunicación, como el protocolo que utiliza, la seguridad que brinda y cómo asegura que solo las personas adecuadas tengan acceso.

Protocolo de OPC UA

Piensa en el protocolo de comunicación en OPC UA como el conductor de un autobús. Los clientes suben al autobús y le piden al conductor que los lleve a su destino, que son los datos que necesitan. El conductor (servidor) sabe el camino y se asegura de que todos lleguen de manera segura. Además, el protocolo también permite dos tipos de conversaciones: una donde las personas hablan por turnos (síncrona) y otra donde todos pueden hablar al mismo tiempo (asíncrona).

Manteniendo los Secretos: Seguridad y Encriptación

La seguridad es como un escudo que protege la comunicación industrial y OPC UA lo sabe muy bien. Imagina que estás enviando un mensaje en una botella por el océano. OPC UA coloca esa botella dentro de una caja con candado y asegura que solo la persona con la llave pueda abrirlo. Además, usa códigos secretos para que si alguien intenta abrirlo sin permiso, ¡no entenderán nada!

¿Eres Tú? Autenticación

Autenticación es como mostrar tu identificación antes de entrar a una fiesta exclusiva. OPC UA hace algo similar para asegurarse de que solo las máquinas y usuarios correctos tengan acceso. Imagina que cada uno tiene una tarjeta de identificación única (certificado) y solo aquellos con la tarjeta correcta pueden entrar. También puedes usar un nombre y contraseña o incluso traer tu propio sistema de identificación.

Usuarios

En una fiesta, no todos tienen los mismos permisos, ¿verdad? Algunas personas pueden entrar a todas las áreas, mientras que otras solo pueden estar en ciertos lugares. OPC UA funciona de manera similar, permitiendo que se establezcan diferentes niveles de acceso. Imagina que es como dar pulseras de diferentes colores a los invitados para que solo vayan a las zonas permitidas. Así, se asegura de que cada usuario tenga acceso solo a lo que debe.

En pocas palabras, la comunicación en OPC UA es como una conversación segura entre amigos, donde todos siguen las reglas y se cuidan mutuamente. Utiliza un protocolo amigable, asegura los datos con encriptación y verifica la identidad de todos. ¡Es como la seguridad en una gran fiesta industrial!

Implementación

Hablemos sobre cómo hacer que OPC UA funcione en el mundo de las fábricas y las máquinas. Aquí tienes las partes importantes para lograr una implementación exitosa:

Configuración y Montaje

En esta etapa, es fundamental realizar una correcta configuración y montaje de los sistemas OPC UA. Esto implica la instalación y configuración de los servidores y clientes OPC UA correspondientes, así como la definición de los puntos de datos y variables que se intercambiarán entre ellos. Es importante tener en cuenta aspectos como el tipo de servidor y cliente a utilizar, así como la configuración de las conexiones de red necesarias para establecer la comunicación.

Además, se debe considerar la infraestructura de hardware necesaria para soportar la implementación de OPC UA, como servidores, PC industriales y dispositivos de red. Es recomendable seguir las mejores prácticas de instalación y configuración proporcionadas por los fabricantes y contar con personal capacitado en el uso de esta tecnología.

Integración con dispositivos y aplicaciones

La integración de OPC UA con dispositivos y aplicaciones es otro aspecto crucial durante la implementación. Se deben establecer los protocolos de comunicación adecuados para conectarse con los dispositivos y sensores utilizados en el entorno industrial. Estos protocolos pueden incluir OPC DA, Modbus, MQTT, entre otros.

Asimismo, es necesario asegurarse de contar con los controladores o drivers necesarios para interactuar con los dispositivos y sistemas de la planta. Estos controladores deben ser compatibles con OPC UA y permitir la comunicación bidireccional para la lectura y escritura de datos.

Por otro lado, la integración con aplicaciones existentes también requiere atención. Es importante evaluar la compatibilidad de las aplicaciones con OPC UA y, en caso necesario, realizar las modificaciones o adaptaciones pertinentes para garantizar la correcta comunicación entre ellas y los servidores OPC UA.

¿Ya has practicado?

¿Has realizado algún proyecto con OPC UA? ¿Con OPC DA seguro que sí verdad?

¡Cuenta tu experiencia en los comentarios!