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L'introduzione di OPC UA Pub/Sub (Pubblica-Sottoscrivi) e la sua importanza per le industrie manifatturiere

L'introduzione di OPC UA Pub/Sub (Pubblica-Sottoscrivi) e la sua importanza per le industrie manifatturiere

OPC UA pub sub over TSN

L'introduzione di OPC UA Pub/Sub (Pubblica-Sottoscrivi) e la sua importanza per le industrie manifatturiere

14 Sep, 2019

Secondo Automation World, il futuro della produzione sarà definito dall'interoperabilità e dalla collaborazione tra gli stabilimenti. Questo include anche lo scambio di dati, per garantire l'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati che massimizza il processo di produzione. Con le soluzioni tecnologiche appropriate - cloud industriale, sensori, dispositivi e controllori integrati, ecc. - in funzione, è possibile ottenere un'automazione ottimale in ambienti industriali. Inoltre, è importante ricordare che l'implementazione è fondamentale. È qui che entrano in gioco gli esperti integratori di sistemi IT e gli standard e le specifiche di implementazione.

La necessità di standardizzazione e una tabella di marcia definita per garantire l'interoperabilità sono alcune delle ragioni principali per cui è stata costituita la Fondazione OPC. Gli standard e i regolamenti che OPC fornisce sono incentrati sull'aiuto alle aziende per integrare una tabella di marcia di architettura unificata in uno o più stabilimenti. Un esempio di una soluzione OPC Foundation per ottenere un'interconnettività ottimizzata e una maggiore collaborazione è l'OPC Unified Architecture (UA).

L’OPC UA è un'architettura orientata ai servizi, neutrale rispetto ai fornitori, che garantisce l'indipendenza della piattaforma, la sicurezza e la modellazione completa delle informazioni per ricevere informazioni aziendali. Quando la sua serie di specifiche viene implementata, OPC UA fornisce un flusso continuo di dati attraverso più dispositivi, apparecchiature legacy, sistemi operativi, hardware elettronico, ecc. senza preoccuparsi della compatibilità con i fornitori. Ciò è in linea con gli obiettivi della fondazione di fornire comunicazioni sicure su piattaforma aperta in tutti i reparti commerciali. Così, nel 2018, la OPC Foundation ha rilasciato una nuova serie di standard che accelererà l'adozione di OPC UA nei livelli più profondi degli impianti di produzione.

Questo articolo discuterà:

  • Le specifiche OPC Pubblica – Sottoscrivi (PubSub).
  • Che cosa significano le specifiche per i proprietari di stabilimenti e la loro importanza.
  • Come OPC PubSub può essere implementato e guidare le integrazioni di OPC UA in tutti gli stabilimenti.

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Introduzione a OPC UA Pub/Sub

Lo standard Pubblica-Sottoscrivi è la 14a parte della specifica OPC UA. È stato progettato per estendere le situazioni in cui l’OPC UA può essere facilmente adottata per risolvere e approfondire l'automazione. Secondo la OPC Foundation, PubSub consente l'integrazione di OPC UA in due modi importanti. Il primo è ai livelli più profondi di uno stabilimento dove l'hardware elettronico richiede comunicazioni a bassa potenza e bassa latenza sulle reti locali. La seconda applicazione è l'integrazione di OPC UA in applicazioni scalabili basate su cloud.

Per quanto riguarda l'integrazione di OPC UA nei livelli più profondi di uno stabilimento, un minuscolo controller a 8bit che utilizza una SRAM a 2KB può essere integrato in dispositivi embedded. In questo modo si garantisce il mantenimento di reti di comunicazione e di scambio dati ad alte prestazioni. Crea inoltre un percorso per integrare l’OPC UA in configurazioni uno-a-molti, uno-a-uno e molti-a-molti. Ciò può essere fatto in un'architettura altamente scalabile basata su cloud, dove l'invio e la ricezione dei dati sono necessari per migliorare le prestazioni.

Un altro aspetto importante di PubSub è che consente l'utilizzo di OPC UA direttamente su Internet o nel cloud. Ciò viene realizzato attraverso l'utilizzo di un popolare middleware di messaggistica per il trasporto di dati come Message Queue Telemetry Transport (MQTT) e Advanced Message Queuing Protocol (AMQP). Se l’OPC UA è implementata con successo, faciliterà l'interoperabilità e la condivisione dei dati tra dispositivi e applicazioni di terze parti con facilità.

 

Le applicazioni pratiche di OPC UA Pub/Sub e la sua importanza

L'importanza delle specifiche PubSub può essere compresa solo quando viene applicata e porta benefici diretti agli integratori di sistema e alle nicchie industriali. Anche se PubSub è ancora in fase iniziale e i casi di studio delle sue applicazioni sono limitati, si possono in ogni caso trarre conclusioni sulla sua importanza. Un esempio dell'importanza di PubSub è la sua capacità di fornire garanzie in tempo reale. Ciò è particolarmente importante quando il trasferimento di dati in tempo reale determina il funzionamento di un quadro automatizzato unificato.

Gli ambienti automatizzati sono guidati da code di trasmissione per diverse classi di traffico con ogni classe controllata da un determinato gate di trasmissione che viene attivato in cicli. Anche le fasce orarie per ogni coda di trasmissione sono sincronizzate nel tempo. Questo significa che ogni volta che un pacchetto non completa la sua trasmissione entro il tempo assegnato, allora sarà rimandato fino al ciclo successivo, ostacolando così le comunicazioni in tempo reale.

L’OPC UA PubSub è costruito per eliminare questo ostacolo. Lo fa assicurando che i server inviino o pubblichino i dati alla rete o al middleware, e ogni cliente può ricevere o abbonarsi a questi dati in ogni ciclo temporale. La possibilità di pubblicare e abbonarsi ai dati indipendentemente dai cicli di sincronizzazione configurati garantisce l'automazione in tempo reale. In pratica, i tempi di inattività delle applicazioni sensibili al tempo negli stabilimenti produttivi possono essere eliminati implementando OPC UA PubSub. L'implementazione assicurerà applicazioni a livelli più profondi, come la sincronizzazione del movimento dei nastri trasportatori. Il middleware integrato con i nastri trasportatori riceverà informazioni in tempo reale e continuerà a funzionare anche in caso di mancato rispetto degli orari configurati.

PubSub serve anche come soluzione a molte delle limitazioni che le implementazioni di OPC UA devono affrontare. Un esempio è l'eliminazione della funzione da un client a un server (uno-a-uno) associata all’OPC UA. PubSub assicura che siano possibili configurazioni uno-a-molti o molti-a-molti. Questo rende l'OPC UA compatibile con le applicazioni IoT e IIoT. Con l'implementazione di PubSub, i dati pubblicati sul middleware orientato ai messaggi sono accessibili a più client o abbonati. Gli abbonati possono quindi accedere a tipi specifici di dati senza dover sapere che tipo di editori ci sono. In questo modo si accelera anche l'integrazione dell'IIoT nella produzione.

L’OPC UA PubSub supporta anche le comunicazioni peer to peer tra più controllori, nonché tra controllori e human machine interfaces (HMI). Garantisce inoltre comunicazioni in tempo reale e flussi di lavoro asincroni tra i server OPC UA e il cloud. In termini di sicurezza, le specifiche PubSub integrano gli algoritmi SHA-256 per garantire la privacy e la sicurezza quando i dati vengono scambiati localmente o attraverso il cloud.

Infine, OPC UA PubSub ospita le tecnologie di rete time-sensitive networking (TSN) per guidare le applicazioni sensibili al tempo nelle industrie. Secondo noi di EXOR International, l'integrazione di OPC UA PubSub con il TSN, ha accelerato i tempi di ciclo che si sono verificati sotto i due millisecondi e il jitter di 100 nanosecondi. In questo modo le apparecchiature sono in grado di gestire applicazioni sensibili al tempo senza incontrare colli di bottiglia.

 

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Conclusione

Pub/Sub è il passo successivo nell'evoluzione degli standard OPC che garantiscono il perfetto funzionamento delle procedure di automazione industriale. La sua implementazione è garantita per aumentare l'adozione di OPC UA in tutti gli stabilimenti di oggi. Ha anche un ruolo importante da svolgere nell'integrazione delle applicazioni e dei dispositivi dell'IoT e dell'IIoT nella produzione. 

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