10 Ekim 2019
OPC’den OPC UA Teknolojisine Geçiş
- OPC Teknolojisine Genel Bakış
- OPC-UA Nedir?
- Nesnelerin İnterneti ( IoT )
- OLE Teknolojisi
- OPC-UA Mimarisi
- OPC-UA Standardı ve SDK
- Zaman Duyarlı Ağ İletişimi ( TSN )
- Referanslar
OPC Teknolojisine Genel Bakış
1995 Yılında piyasaya sürülen OPC (OLE for Process Control) endüstriyel haberleşmeyi sağlayan bir standarttır. OPC aynı arayüzü kullanan, farklı üreticilerdeki makinelerin ve sistemlerin veri transferi yapmasına imkan sağlar. OPC, HMI/SCADA sistemlerinin makineler ile özel sürücüler ve sürücü yazılımları olmadan haberleşmesini amaçlamaktaydı.
Günümüzde klasik OPC olarak adlandırılan bu sistem hala oldukça yaygın kullanılmaktadır. OPC’de uyumluluk sorunu, güvenlik problemleri, Microsoft platformlarına bağımlılık, pahalı ve etkin olmayan veri taşıma yöntemleri, bakım zorlukları gibi sıkıntılar vardı. Tüm bu sıkıntılar OPC’ye varis olarak OPC-UA’nın ortaya çıkmasına sebep oldu.
OPC UA Nedir?
OPC-UA (OPC Unified Architecture), OPC teknolojisinin bir sonraki jenerasyonudur. Sunucular ve istemciler arasında daha güvenli ve neredeyse eksiksiz veri transferi sağlar.
OPC-Birleşik Mimari, nesneye dayalı ve servis odaklı özellikleriyle ikili bir yapıya sahiptir. Nesneye dayalı özelliği, varlıkların yeniden kullanılabilirliğini ve karmaşık veri modellerini desteklemek için ortak bir nesne yönetim metodunu sağlar. OPC-UA’nın servis odaklı yapısı ise, diğer platformlarla daha geniş birlikte çalışabilirlik sağlar.
OPC verinin iletiminde güvenlik duvarları, özel platformlar ve güvenlik bariyerleri arasında gidip gelebildiği ilk haberleşme teknolojisidir.
OPC-UA; veri tabanları, analitik araçlar, ERP sistemleri ve diğer işletme sistemleri ile gerçek dünya verisini üretip, kontrol edip yine gerçek dünya verisi ile bağlantısını kurar.
OPC-UA; en küçük özel kontrolcünün karmaşık, son sürüm sunucu uygulamalarıyla serbestçe etkileşim kurmasına izin vermek için ölçeklenebilir platformlar, çoklu güvenlik modelleri, çoklu taşıma katmanları ve karmaşık bilgi modeli kullanır.
Bu teknolojinin özellikleri şunlardır;
- OPC-UA platformdan bağımsız ve ölçeklendirilebilirdir. Son sürüm sunucularla ve eski sürüm sensörlere uyumludur.
- OPC-UA esnek adres alnına sahiptir. Nesne konseptine uygun adres alanı oluşturur. İstemcilere bilgi transfer eden sunucular için standart bir yol sağlar.
- OPC-UA istemcilerin ve sunucuların güvenliğini kimlik doğrulama ve şifreleme ile garanti altına alır.
- İnternet Kapasitesi oldukça büyüktür.
- OPC-UA düzen sağlama, alarm, okuma, yazma, keşfetme özellikleri sağlar.
- Sertifikalı birlikte çalışılabilirlik sağlar. Tanımlanmış bir profili kullanarak garanti edilebilir profilleri onaylar.
- Gelişmiş Bilgi Modeline sahiptir.
- OPC Derneği pesifik bilgi modellerini tanımlayabilmek ve desteklemek için endüstri ticaret gruplarıyla birlikte çalışır.
Nesnelerin İnterneti (IoT)
IoT (Internet of Things) temelde radyo frekansı tanımlama (RFID), İnternet, Wireless, sensör teknolojisi, bulut gibi çoklu teknolojilerin bir benzeridir. Tüm bu teknolojiler IoT altyapısına katkıda bulunmaktadır. Aslında bilgisayar yetilerini geliştirmek için orataya çıkan IoT günümüzde tüm dünyada haberleşme altyapısı olarak görülmektedir. Sadece insandan insana, makineden insana değil makinelerin haberleşmesi için de geleceğin teknolojisi olarak tanımlanmıştır.
OPC-UA ise kaynak açısından sınırlı cihazlar için arayüz yazılımı çözümü olarak geliştirilmiştir. Bu şekilde çok büyük miktarda IOT verisi işlenebilir hale gelmiştir. IoT verilerinin bir bulut veritabanında saklanabilmesi sağlanmıştır.
OLE Teknolojisi
OLE, programlar arasında bilgi alışverişini sağlamak için kullanabileceğimiz program bütünleştirme teknolojisidir. OLE’yi destekleyen herhangi bir programdan bilgileri bağlantılı nesne olarak kopyalayabiliriz.
OPC UA Mimarisi
OPC-UA teknolojisi ve mimarisi üç ana modulden oluşmaktadır. Connect Server, Toplayıcı Server, Cloud Proxy Server. Connect Server üç farklı sunucu şeklinde olabilir. Tesis ağı bağlantısı, Kontrol ağı bağlantısı, Alan ağı bağlantısı. Sırası ile tüm bu katmanlar fabrika makinelerinden, kurumsal cihazlara kadar tüm verileri modellemek için kullanılır. Toplama kısmında veriler bir alanda toplanır. İstemci böylelikle birden çok sunucuya ulaşabilir. Birleştirme sunucusunda veri güvenliği için sınırlamalar sağlanır, şifrelemeler kullanılır. Cloud Proxy sunucusu ise proxy bağlantısını sağlar. Farklı uygulamalarla farklı endüstriyel veriler, katmanlar sayesinde bilgi alışverişinde bulunabilir ve bu sayede dinamik bir otomasyon sistemi ortaya getirilebilir.
OPC UA Standardı ve SDK
OPC-UA mevcut OPC sunucularıının tüm standatlarını bünyesinde bulundurur ve bunların üstüne geliştirilmiştir. Bu büyüklükteki standartlar ileilgili bazı sorunlar oluşmuştur. Bunlardan en temel olanı OPC-UA’nın uygulanışıdır. Kolay uygulanabilirliğin sağlanması için, yeni standartlar oluşturulurken bir de Yazılım Geliştirme Kiti yani SDK geliştirildi.
SDK programlama arayüzü ve örnek kod uygulamalarından oluşmaktadır. Farklı platformlarda kullanımını ve benimsenmesini kolaylaştırmak adına farklı seçenekler sunmaktadır. NET, ANSI C ve Java örnek uygulamalarını sunmaktadır.
SDK içerisinde yer alan her seçenek bellek ve işlemci gereksinimlerine ve özel ihtiyaçlara cevap verecek şekilde tasarlanmıştır ve hepsi uyumlu şekilde birbiriyle çalışabilir. Örneğin .NET sürümü istemci/sunucu kullanımı için daha uygundur. ANSI C sürümü bellek ve CPU kullanımının önemli olduğu gömülü sistemler için daha kullanışlıdır. Java uygulaması ise web ortamı ve güçsüz istemciler için daha kullanışlıdır. Her kullanıcı kendisi için en verimli olacak uygulamayı seçebilir.
SDK’nın dışında OPC Foundation ikili bağdaştırıcılar sağlar. Com tabanlı tüm eski OPC sunucularına yeni OPC-UA ile erişim sağlayabilmek için kullanılır. Aynı zamanda Klasik OPC den OPC-UA’nın alt katmanına ulaşmanıza da imkan verir.
Zaman Duyarlı Ağ İletişimi (TSN)
OPC-UA tarafından sağlanan imkanlar ve gereklilikleri kontrol edilirken çoğu ihtiyaca yanıt verdiği doğrudur fakat gerekli deterministik veri alışverişi sağlanamaz. Bu sebeple ilave bir yaklaşım izlenmelidir. Bu yaklaşıma göre;
- Ağ üzerindeki her bir düğümün senkronize zamanlama ile çalışması gerekir. Örneğin tüm sistemde ortak saat, veri iletimini zamanlamak veya ortak veri giriş çıkışı yapmak önemlidir.
- Veri alışverişini sağlamak için yol yedeklemesi gereklidir. Genel ağ içerisinde bazı bileşenler başarısız olsa da bu yol hatayı azaltacaktır.
- Kontrol döngülerinin aktive edilmesi için düğümler arasındaki iletişimin gecikme süresi önceden tanımlanmalıdır.
- Kritik uygulamalar arasında veri alışverişi sırasında yüksek trafik yükü ve ağ tıkanıklığı olsa bile güvenilir çalışmasını sağlamak adına bir band genişliğinin belirlenmiş olması gerekir.
Yukarıda belirtilen gerekliliklerin yerine getirilmesi için Zaman Duyarlı Ağ İletişimi (TSN) standardı kullanılabilir. Bu standart 2011 yılında piyasaya çıkan AVB standardına dayanmaktadır. Nihayetinde TSN standardı AVB’ye göre bir dizi geliştirmeler içermektedir. Zamanlama yetenekleri ile gerçek zamanlı iletişimi mümkün kılar.
Bursa Microsoft Ortağı Intsoft Otomasyon olarak size sunulan çözümler hakkında ayrıntılı bilgi almak için bizimle irtibata geçebilirsiniz.
Referanslar
- Expert Interview: OPC-UA Publisher/Subscriber Model und IEEE TSN Standard November 2015 Available at: http://blog.softing.com/wp-content/uploads/2015/11/Interview_Softing_TTTech_EN.pdf (as of April 7, 2016).
- Adgar A., Schwarz M.H. & MacIntyre J. Development of Intelligent Software for a Micro-Sensor based Oil Quality Analysis System, COMADOM 2004, 2004, Cambridge, United Kingdom.
- [Henning et al.] Hennig S., Braune A., Damm M.: JasUA: A JavaScript Stack enabling web browsers to support OPC Unified Architecture’s Binary mapping natively, 2010 IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 13-16 Sept. 2010. DOI: 10.1109/ETFA.2010.5641005.