OPC UA Nedir?
OPC UA, OPC Birleşik Mimarisi anlamına gelir. Endüstriyel sistemlerde güvenli bilgi alışverişini sağlayan, genişletilebilir, platformdan bağımsız bir standarttır. 2008 yılında, OPC UA, özellikle endüstriyel otomasyon operasyonlarında veri iletişimi için birlikte çalışabilirlik standardını, protokolleri ve spesifikasyonları düzenleyen ve sürdüren Açık Platform İletişimleri (OPC) Vakfı tarafından piyasaya sürülmüştür.
OPC UA, Windows, macOS, Android ve Linux ile uyumludur. Gömülü sistemlerde ve işletim sistemi kullanmayan sistemlerde de kullanılabilir. OPC UA, PC’ler, bulut tabanlı altyapılar, PLC’ler, mikro denetleyiciler ve siber fiziksel sistemler (CPS) üzerinde çalışır.
OPC UA’nın amacı, endüstriyel şirketlerin farklı teknolojileri bir araya getirmesi için bir çerçeve sağlayarak donanım cihazları ile kurumsal planlama ve otomasyon yazılımı arasındaki birlikte çalışabilirliği geliştirmektir.
OPC UA Nasıl Çalışır?
Modeller
OPC UA, modelleri kullanarak, verileri tüketmek isteyen herhangi bir uygulamaya veya cihaza göstermek için temel kuralları belirler. OPC UA’nın kendisi bilgi merkezli bir veri modelidir. Veri erişimi için yerleşik modellere sahip genişletilebilir tipte bir sisteme sahip genel bir nesne modelinden oluşur. Bu yerleşik modeller, alarmlar ve olay bilgileri, geçmiş verilerle ilgili bilgiler, veri erişim ayrıntıları, cihaz açıklamaları ve programları yürütmek gibi işlevleri belirtir.
Verilere, tamamlayıcı modeller olarak adlandırılan özel modeller aracılığıyla da erişilebilir. Bunlar, enjeksiyon kalıplama makinesi imalatı veya robotik mühendisliği gibi farklı endüstrilerde kullanılmaktadır.
Veri akışı ve bağlantılar
OPC UA, endüstriyel kuruluşlardaki bileşenler arasındaki iletişimi beş düzeyde destekler: işletme, yönetim, operasyonlar, kontrol ve saha (satıcıya özel cihazlar).
Cihazlar, bu bilgilerin bir ağ üzerinden standart web servislerini kullanarak tüketen bir uygulamaya aktarılmasını sağlayan OPC UA aracılığıyla verilerini açığa çıkarır. Veriler, IP tabanlı protokoller ve SOAP kullanılarak taşınır, bu sayede alt uç sunucular UA TCP kullanabilir. HTTP üzerinden standart SOAP web hizmetlerinin kullanılması, OPC olmayan UA istemcilerinin bir OPC UA sunucusu tarafından yayınlanan verileri talep etmesine olanak tanır.
OPC UA sarmalayıcıları olarak bilinen köprüleme ve ağ geçidi yazılımı, OPC UA seviyeleri arasında satıcıya özel donanım üzerinde veri akışını sağlar. OPC UA sarmalayıcıları, OPC Classic’ten OPC UA’ya geçiş yapmak için veya bir OPC sunucusu UA’yı desteklediğinde ancak bir OPC istemcisi desteklemediğinde de kullanılabilir.
Hizmet odaklı mimari (SOA)
OPC UA, SOA istemci-sunucu iletişim çerçevesine dayanmaktadır. OPC UA’da OPC UA sunucuları ve OPC UA istemcileri vardır.
Bir OPC UA sunucusu, bir OPC UA istemcisine, örneğin MES ve SCADA gibi uygulamalar ve kontrol sistemleri ve verilerin düzenlenme, saklanma ve toplanma şeklini belirten OPC UA bilgi modellerini kullanarak endüstriyel otomasyon verilerine güvenli erişim sağlar. OPC UA sunucusu terimi, sanal bir sunucu olabilecek donanımın kendisini değil, makinedeki OPC UA yazılım standardını ifade eder.
OPC UA istemcisi, OPC UA bilgi modelini destekleyebilen bir istemcidir. OPC UA istemcileri, OPC UA sunucuları aracılığıyla bir sistemdeki bileşenlerden veri talep eder ve bu bileşenlere veri yazar.
OPC UA gibi SOA sistemleri, farklı uygulamaları bir ağ üzerinden entegre eder ve farklı ağ düğümlerindeki cihazları birbirine bağlar.
Düğümler
Bir düğüm, OPC UA sunucularının nesneleri OPC UA istemcilerine temsil etmesi için standart bir yol sağlayan OPC UA adres alanındaki temel veri birimidir. Düğümler bilgi parçalarıdır (örneğin benzersiz bir sıcaklık) ve özniteliklerden, gerçek veri değerinden ve her biri kendi adres alanında bulunan diğer düğümlere bir veya daha fazla referanstan oluşur. Bu nedenle benzersiz bir sıcaklık, bir adres alanında birden fazla adres alacaktır.
Düğümlere benzersiz bir düğüm kimliğiyle başvurulur: bir ad alanı URI’si (benzersiz kaynak tanımlayıcısı), bir veri türü ve tanımlayıcının kendisi. Her düğüm belirli bir ad alanına aittir. Ad alanı URI’si, OPC UA sunucusunda ayrı bir ad alanı tablosunda bulunur. Ad alanı tablosu, verilerin nasıl görünmesi ve davranması gerektiğine ilişkin kendi gereksinimleri olan bireysel kuruluşlar tarafından kullanılan bilgi modelleri için ayrı URI’leri depolar. Bu, OPC UA’nın standardın temel tasarımını değiştirmeden hizmetlerini genişletmesine olanak tanır.
OPC UA’da düğümler, temel düğümde varyantların oluşturulmasını sağlayan birden çok sınıfa sahiptir. OPC UA’da nesneler (fiziksel varlıklar), yöntemler (sorgulandığında verileri depolayan işlevler) ve değişkenler (gerçek veriler) dahil olmak üzere sekiz çekirdek düğüm sınıfı vardır.
OPC UA’daki nesne düğüm sınıfları, karmaşık verileri nasıl oluşturabileceğinin ve benzer ancak farklı öğeleri, örneğin bir klima için bir sıcaklık sensörü ve bir kazan için bir sıcaklık sensörü arasında nasıl ayırt edebileceğinin anahtarıdır.
OPC UA standardına hangi özellikler dahildir?
OPC UA aşağıdaki özelliklere sahiptir: Genel Bakış ve Kavramlar, Güvenlik Modeli, Adres Alanı Modeli, Hizmetler, Bilgi Modeli, Eşlemeler, Profiller, Veri Erişimi, Alarmlar ve Koşullar, Programlar, Geçmiş Erişim, Keşif ve Küresel Hizmetler, Toplamalar, PubSub, Güvenlik, ve Takma Adlar. Her spesifikasyon, endüstriyel sistemlerin iletişim ağlarındaki ortak bir sorunu ele almak için tasarlanmıştır.
Örneğin, Alarmlar ve Koşullar spesifikasyonu, olay ve alarm bilgilerinin saha cihazlarından uygulamalara nasıl aktarıldığını standartlaştırma zorluğuna bir çözüm sunar. Tarihsel Erişim spesifikasyonu, denetim süreçlerinde geçmiş verilere nasıl erişildiğini standartlaştırmanın zorluğunu ele alır. Programlar belirtimi, diğerlerinin yanı sıra geliştiricilerin kodlarındaki dönüş kodlarını nasıl işlemeleri gerektiği hakkında bilgiler içerir.
OPC UA nerelerde kullanılıyor?
OPC UA, örneğin petrol ve gaz, tarım, tıp ve ilaç gibi endüstriyel sistemlerde, elektrik şebekeleri ve kanalizasyon arıtma tesisleri gibi kritik hizmetlerde ve akıllı şehir uygulamaları gibi IoT sistemlerinde kullanılır.
Yaygın OPC UA uygulamaları arasında cihaz tanılama, varlık yönetimi, üretim yönetimi, kalite kontrol, veri toplama, kurumsal raporlama, veri güvenliği, GUI arabirimleri için veri entegrasyonu, uzaktan çalışan desteği ve olay izleme bulunur.
Gerçek dünyadaki örnekler arasında güvenlik kameralarının çalışma süresinin izlenmesi, arızalı sensörler için uyarıların gönderilmesi, ofis sıcaklıklarının kontrol edilmesi, otomatik makinelerin uzaktan yönetilmesi, iş yüklerinin tahmin edilmesi, gömülü aygıtların bağlanması ve uzaktan çalışanların desteklenmesi yer alır.
OPC UA ayrıca nesnelerin endüstriyel internetini (IIoT) destekler. Örneğin, OPC UA, sıcaklık sensörleri gibi gömülü cihazlardan buluta veri göndermek için, örneğin kullanım ve ekipman verimliliğini analiz etmek için kullanılabilir.
OPC UA’nın verileri almak için nesneleri kullanması, sistemlerin belirli bir görev için ihtiyaç duydukları için uzak çalışanlar için bağlama özel küçük miktarlarda bilgi almaları için verimli bir yol sağlar. Alternatif olarak, örneğin ERP sistemleri, kaynak tahsisi uygulamaları ve muhasebe sistemleri için grafiksel kullanıcı arayüzleri oluşturmak için tüm tesisin operasyonları için tüm verileri görüntülemek için nesneler sorgulanabilir.
Uzak konumlardaki cihazlar ile kaynak planlama ve üretim kontrol sistemleri arasında senkronizasyonun gerekli olduğu durumlarda, OPC UA, heterojen sürücüler ve üst düzey uygulamalar arasında dikey veri alışverişi sağlar.
OPC UA, endüstriyel güvenlik uygulamalarını güçlendirir. OPC UA olay yönetimi protokolleri, saha cihazlarına bir siber saldırı olması durumunda bir tesisi otomatik olarak kapatabilir ve etkilenen ağları izole edebilir veya belirli ağlara sınırlı erişime izin vererek saldırı araştırılırken iş sürekliliğini sağlar.
OPC UA’nın avantajları
Merkezileşme
Tarihsel olarak, endüstriyel sistemlerdeki otomasyon piramidi, kontrolörler, sensörler veya sayaçlar gibi düşük seviyeli cihazlardan yüksek seviyeli ERP uygulamalarına bilgi akışını tanımlayan hiyerarşik bir yapıdır. Ters yönde, yüksek seviyeli ERP uygulamalarından düşük seviyeli cihazlara doğru bir kontrol akışı vardır. Düşük seviyeli bileşenler, PLC ve HMI’lar aracılığıyla MES ağları üzerinden bağlanır.
OPC UA, sistem bileşenlerini merkezi olmayan hale getirerek ve bir ağ ağında daha esnek veri modelleme yapılarının kullanımını kolaylaştırarak bu piramit yapısını ortadan kaldırır. OPC UA bunu, tüm bileşenlerin kullandığı tutarlı veri yapılarını tanımlayarak başarır; örneğin, bir ERP uygulaması ve bir alan sensörünün her ikisi de aynı bilgi modelini kullanabilir.
OPC UA, iş zekası uygulamalarının çok çeşitli gerçek zamanlı, olay ve geçmiş veri kaynaklarından ham veriler elde etmesini sağlar.
Platform bağımsızlığı
Tarihsel olarak, endüstriyel sistemler Windows tabanlı yazılımlar üzerinde çalışıyordu. OPC UA, platformdan bağımsızdır; endüstriyel sistemler, herhangi bir işletim sistemini kullanarak herhangi bir satıcının yazılımını entegre edebilir. OPC UA, gömülü sistemlerde ve bulutta uygulanabilir.
Ölçeklenebilirlik
OPC UA geleceğin kanıtıdır. Kuruluşların ölçeklenebilir SCADA sistemleri geliştirmesini sağlar, böylece mevcut tesis ekipmanı ek yapılandırma olmadan yeni yazılım modülleriyle entegre olabilir. Bunun bir örneği gaz ve petrol endüstrisinde, kalibrasyon, ölçüm ve akış ölçer sensörlerinden gelen verilerin uzaktan toplanabildiği ve saha denetçilerinin kurulumu fiziksel olarak kontrol etmesine gerek kalmıyor.
Keşif
OPC UA’nın tak ve çalıştır özelliği vardır. Bir kuruluşa yeni uzak tesisler eklendiğinde veya yeni tedarikçiler devreye alındığında, OPC UA ağlarını otomatik olarak keşfedebilir, yapılandırabilir ve şirket ağına entegre edebilir.
Birlikte çalışabilirlik
OPC UA birlikte çalışabilirliği, son kullanıcıların farklı satıcıların cihazlarını ve yazılımlarını kullanarak özel endüstriyel sistemler oluşturmasına olanak tanır.
OPC UA ve Endüstri 4.0
Endüstriyel üretim alanında, Endüstri 4.0 ve Dördüncü Sanayi Devrimi terimleri, diğerlerinin yanı sıra cihaz bağlantılarına, makine öğrenimine ve Nesnelerin İnternetine odaklanarak artan otomasyon eğilimine atıfta bulunmak için birbirinin yerine kullanılmaktadır.
OPC UA’nın yerleşik güvenlik, bilgi modelleme yeteneği, otomatik cihaz keşfi, ölçeklenebilirlik, anlamsal veri kullanımı ve protokol standardizasyonu gibi temel özellikleri, Endüstri 4.0 uyumluluğu gereksinimlerini karşılar.
Endüstri 4.0’ın üretimdeki ana zorluklarından biri, düşük seviyeli cihazlardan gerçek zamanlı verilerin toplanmasıdır. OPC UA, bir endüstriyel kuruluşun tüm cihazlarına bir OPC UA sunucusu yerleştirmesine izin verir. Bu, çok büyük miktarlarda gerçek zamanlı verinin kontrol sistemlerine ve kurumsal düzeydeki uygulamalara yönlendirilerek farklı tüketen uygulamalarla analiz, sıralama ve değiş tokuş yapılabileceği anlamına gelir.
Çeşitli çalışma grupları, OPC UA’nın belirli endüstrilerdeki Endüstri 4.0 ürünleri ve hizmetleri için iletişim standardı haline getirilmesine uluslararası düzeyde katkıda bulunur.
Böyle bir çalışma grubu, ADI (Analyzer Devices) bilgi modelleme çalışma grubudur. ADI, OPC Vakfı tarafından desteklenmektedir ve kimya ve ilaç endüstrilerindeki son kullanıcılar ve satıcılardan oluşmaktadır. Diğer bir grup, sigara üretimi için birlikte çalışabilir fabrika ekipmanlarını uygulamaya çalışan OPC UA Tütün Makinesi İletişimi çalışma grubudur.
OPC Foundation tarafından Endüstri 4.0 uyumlu olarak sınıflandırılmak için, bir ürünün ya entegre OPC UA kullanarak ya da ağ geçidi yazılımı kullanarak OPC UA standardına uyması gerekir.
Kaynaklar
