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OPC UA-Definitionen

OPC UA pub sub over TSN

OPC UA-Definitionen

30 Jan, 2019

EXOR International ist überzeugt, dass die OPC United Architecture zum Standard für industrielle Interoperabilität werden wird. Die Ergänzung um ein Publish-/ Abo-Modell und der Betrieb von OPC UA über ein übliches „Time Sensitive“-Netzwerk (zeitkritisches Netzwerk) wird diesen Trend nur noch verstärken.

Wir dachten, dass eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Begriffe eines industriellen Netzwerks mit Bezug auf OPC UA nützlich wäre. Nachstehend finden Sie eine kurze Liste.

Bei der Erstellung dieser Liste möchte ich mich bei der OPC Foundation-Website und bei der Wikipedia bedanken.

 

API (Schnittstelle des Anwendungsprogramms)

ist der Satz von Schnittstellen, mit dessen Hilfe eine Softwareanwendung die Dienste einer anderen Anwendung nutzen kann. In der industriellen Welt bezog sich dies früher auf die Schnittstelle zwischen zwei Softwarekomponenten, die sich im selben Prozessor befinden. Mit OPC UA bezieht sich API dagegen allgemein auf den Satz von Schnittstellen, die ein OPC UA Toolkit-Anbieter einem Geräteentwickler bereitstellt. Da jedes Toolkits verschieden ist, funktionieren die meisten APIs unterschiedlich. Die API kann Schnittstellen zum Datenmodell oder manchmal ebenso die Interaktion zwischen Kodierungs-, Sicherheits- und Transportebene umfassen.

 

BLOB (Binärer großer Objektblock)

bietet eine Möglichkeit, Daten ohne eine OPC UA-Datendefinition zu übertragen. Normalerweise werden alle OPC UA-Daten durch eine Art Datendefinition referenziert, welche das Datenformat erklärt. BLOB-Daten werden verwendet, wenn die Anwendung Daten ohne eine OPC-UA-Definition übertragen möchte. BLOB-Daten sind benutzerdefiniert und können alles sein: Video, Audio, Datendateien oder alles mögliche andere.

 

KODIERUNGEN

sind eine besondere Möglichkeit, um OPC-Anfragen oder -Antworten zur Übertragung in einen Bytestrom zu konvertieren. Es gibt in OPC UA derzeit zwei Arten von Kodierung: OPC UA Binary und XML. OPC UA Binary ist für eine kompakte Kodierung mit kleineren Nachrichten, weniger Speicherplatz und besserer Leistung ausgelegt. XML ist eine umfangreiche Kodierung, die in vielen Unternehmenssystemen verwendet wird. Obwohl es für Unternehmensserver einfacher zu verarbeiten ist, benötigt XML mehr Rechenleistung, größere Nachrichten und hohe Pufferanforderungen.

 

HTTP (Hypertext-Übertragungsprotokoll)

ist das Low-Level-Protokoll, mit dem eine Client-Anwendung wie beispielsweise ein Internetbrowser eine Webseite von einem Server anfordern kann. HTTP-Nachrichten fordern Daten an oder senden Daten in einem standardisierten Format.

 

HTTP/SOAP OPC UA-TRANSPORT

ist die zweite Transportoption, die in OPC UA derzeit unterstützt wird. Sie benötigt höhere Ressourcen, da HTTP und SOAP von praktisch allen Unternehmensanwendungen unterstützt werden. Es ist eine Standardmethode, um serialisierte OPC UA-Nachrichten zwischen Client und Server zu übertragen.

 

ZUORDNUNGEN

Die OPC UA Spezifikationen sind abstrakt, anders als traditionellere Spezifikationen wie beispielsweise Modbus, das über Multi-Drop RS485 läuft. Die Spezifikationen für den OPC UA-Betrieb sind jedoch so festgelegt, dass die Vorteile zukünftiger Technologien weiterhin genutzt werden können. Eine Zuordnung oder ein „Mapping“ bezieht sich darauf, wie diese abstrakten Spezifikationen mit einer bestimmten Technologie verknüpft sind.

 

OPC UA XML-KODIERUNG

ist ein Verfahren zur Serialisierung von Daten unter Verwendung der Extensible Markup Language (kurz XML). Die Kodierung ist eine besondere Art der Zuordnung eines Datentyps zu den tatsächlichen Daten, die in der Leitung angezeigt werden. Bei der XML-Codierung werden die Daten auf der von XML verwendeten hochstrukturierten ASCII-Zeichendarstellung abgebildet. XML kann groß sein und die Leistung beeinträchtigen. Die Kodierung wird verwendet, da viele große Unternehmensanwendungen standardmäßig XML unterstützen.

 

OPC UA BINÄRCODIERUNG

ist ein Verfahren zur Serialisierung von Daten unter Verwendung eines binären IEEE-Kodierungsstandards. Die Kodierung ist eine besondere Art der Zuordnung eines Datentyps zu den tatsächlichen Daten, die in der Leitung angezeigt werden. Bei der Binärcodierung werden die Daten kompakten binären Datenrepräsentationen zugeordnet, die weniger Bytes benötigen. Durch diese geringere Nutzung werden Übertragung und Verarbeitung durch eingebettete Systeme effizienter. Die Binärcodierung wird besonders von industriellen Automatisierungssystemen genutzt.

 

OPC UA ANWENDUNG

In der industriellen Vernetzung wird zwischen Endbenutzeranwendung und Protokollstapel (oder -stack) unterschieden. Die Endbenutzeranwendung setzt verschiedene Sätze von definierten Regeln und Funktionen um. Der Protokollstapel dagegen bewegt genau definierte Daten zwischen der Anwendung und einem externen Gerät über eine restriktive Schnittstelle. Das ist bei OPC UA nicht der Fall. Bei OPC UA referenziert die Anwendung die Endbenutzeranwendung, das OPC UA-Objektmodell und den vom OPC UA-Gerät implementierten Satz von OPC UA-Diensten.

 

OPC UA-CLIENT

ist die Seite der OPC UA-Kommunikation, welche die Kommunikationssitzung einleitet. Einer der interessantesten Aspekte der OPC-UA-Struktur ist, dass Clients in OPC UA viel flexibler als andere Netzwerk-Clients sind. OPC UA Clients können OPC UA-Server suchen und entdecken, herausfinden, wie man mit dem OPC UA-Server kommuniziert, welche Funktionen diese Server haben und den OPC UA-Server so konfigurieren, dass er bestimmte Daten liefert, wann und wie sie es wollen.

 

OPC UA-SERVER

ist die Seite einer OPC UA-Kommunikation, die Daten an einen OPC UA-Client liefert. Es gibt keinen OPC UA-Standardserver, was Funktionalität, Leistung oder Gerätetyp angeht. OPC UA-Server können Geräte von kleinen Sensoren bis hin zu großen Maschinen sein. Die Server können von einigen wenigen bis zu mehreren tausend Datenpunkte hosten. OPC UA-Server können Mappings mit hoher Sicherheit und geringerer Performance (XML) verwenden oder ohne Sicherheit mit der leistungsstarken OPC UA-Binärcodierung kommunizieren. Sie können vollständig konfigurierbar sein und räumen dem Client die Möglichkeit ein, Datenmodellansichten, Alarme und Ereignisse einzustellen oder aber vollständig statisch zu konfigurieren.

 

OPC UA TCP-TRANSPORT

ist ein Protokoll, das einen Low-Level-Kommunikationskanal zwischen Client und Server herstellt. Der OPC UA TCP-Transport handelt vor allem maximale Puffergrößen aus, damit beide Seiten die Grenzen der Gegenseite verstehen.

 

PROTOKOLLSTAPEL ODER STACK

implementiert das Datenmodell und die Dienste dieses Protokolls. Eine API verbindet dieses Daten- und Servicemodell mit den Daten der Endbenutzeranwendung. Obwohl die Anbieter von Protokollstacks diese auf vielfältige Weise implementieren können, besteht ein OPC UA Protokollstapel in der Regel aus drei Komponenten: Datenverschlüsselung, Sicherheit und Netzwerktransport.

 

SICHERHEITSPROTOKOLL

schützt die Privatsphäre und Integrität von Nachrichten. OPC UA nutzt die Vorteile mehrerer standardisierter, bekannter Sicherheitsprotokolle.

 

SERIALISIERUNG

ist der Prozess der Inanspruchnahme eines Dienstes und der Erstellung einer Reihe von Bytes, die ein OPC UA-Server verarbeiten kann, um den Wert eines Attributs auszugeben. Die Serialisierung bestimmt, wie Datenelemente wie beispielsweise ein Gleitkommawert in eine Reihe von Bytes umgewandelt werden, die seriell über eine Leitung gesendet werden können. Derzeit werden zwei Arten der seriellen Kodierung von OPC UA unterstützt: OPC UA Binary und OPC UA-XML.

 

SOAP (Simple Object Access Protocol)

erweitert XML und ermöglicht ein höheres Maß an Funktionalität. SOAP bietet die Möglichkeit, Remote-Procedure-Calls innerhalb einer XML-Struktur durchzuführen.

 

TRANSPORTE

Ein Transport ist der Mechanismus, mit dem eine OPC UA-Nachricht zwischen Client und Server bewegt wird.  Alle OPC UA-Nachrichten werden über eine TCP/IP-Verbindung ausgeliefert. In TCP gibt es zwei Arten von Sitzungen, die über TCP kommunizieren. Bei der Verwendung von OPC UA werden sie als Transporte bezeichnet: OPC UA TCP und SOAP/HTTP.

 

ÜBERTRAGUNGSPROTOKOLL

ermöglicht die End-to-End-Übermittlung von OPC UA-Nachrichten zwischen OPC UA-Clients und -Servern. Sobald eine OPC UA Servicemitteilung verschlüsselt ist und die Sicherung durchläuft, ist sie transportbereit. Für OPC UA sind derzeit zwei Transporte definiert: OPC UA TCP und SOAP/HTTP. Das zugrundeliegende TCP stellt die Kommunikation zwischen Clients und Servern auf Socket-Ebene sicher.

  

WEBDIENSTE

 ist ein Oberbegriff für die strukturierte Platzierung von Internetdiensten. Die meisten Internetanwendungen werden heute mithilfe Webdiensten erstellt. HTTP, SOAP, XML sind die Grundtechnologien für Webdienst-Anwendungen und zudem einige der Technologien, die von OPC UA-Clients und -Servern verwendet werden können.

 

XML (Extensible Markup Language)

ist eine hochstrukturierte Methode, um Daten so zu spezifizieren, dass Anwendungen leicht kommunizieren können. XML überträgt alle Daten im ASCII-Format – das einzige allgemein verständliche Datenformat für alle Computersysteme. XML verwendet eine Grammatik, um die besonderen Daten-Tags zu definieren, die von einer Anwendung zur Datenweitergabe verwendet werden.

 

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