Przemysł 4.0: „Wybieram OPC UA dla mojego Internetu Rzeczy”

Prawo Moore’a stosuje się do wielu innych dziedzin związanych ze sprzętem komputerowym, jak np. pojemności dysków twardych czy też przepustowości sieci. Efektem tego jest spadek cen elektroniki oraz szeroko zakrojona miniaturyzacja, która wywarła wpływ praktycznie na wszystkie dziedziny naszego życia.

Dzięki miniaturyzacji dotychczas standardowe produkty stały się „inteligentne”. Typowym przykładem jest telefon, który wraz z upływem lat stał się smartfonem. Obecnie moc obliczeniowa takiego urządzenia jest kilkukrotnie większa od superkomputerów z końca lat 80-tych ubiegłego wieku, a mieści się w kieszeni i kosztuje relatywnie niedużo.

Podobnie jest w przypadku telewizorów, budynków czy samochodów, gdzie integracja ze zminiaturyzowanymi komputerami pozwala na osiągnięcie nowej funkcjonalności takiej jak np. streaming filmów z Internetu, zamykanie rolet w zależności od prognozy pogody czy generowanie tras przejazdu w zależności od aktualnego natężenia ruchu. Masowo produkowane laptopy, tablety, komputery, kamery oraz wszelkie urządzenia „smart”, komunikujące się ze sobą za pośrednictwem Internetu, spowodowały konieczność wprowadzenia protokołu IPv6 jako następcę IPv4 z powodu zbyt małej liczby adresów IP.

Liczba „inteligentnych” urządzeń w ciągu najbliższych lat będzie systematycznie rosnąć, powiększając sieć IoT (Internet of Things). Prognozy rozwoju Internetu rzeczy zapoczątkowały prace nad siecią 5G, która jest 30 razy szybsza od LTE i zapewnia do miliona połączeń na kilometr kwadratowy. Oprócz zwiększenia przepustowości, 5G zmniejszy opóźnienia w komunikacji z 40 ms do 1 ms, co ma ogromne znaczenie w przypadku autonomicznych pojazdów. Żeby było ciekawiej, podczas konferencji Impact’17, prezes Deutsche Telekom Tim Höttges stwierdził, że Polska będzie jednym z pierwszych krajów, który wprowadzi sieć 5G – w miastach ma się pojawić już w 2020 r.

Wszystkie znaki na niebie i ziemi wskazują, że rozwój Internetu Rzeczy jest pewny i nastąpi on raczej szybciej niż później, biorąc pod uwagę deklaracje prezesa Deutsche Telekom. Szacuje się, że w 2020 roku na świecie będzie około 30 mld urządzeń podłączonych do Internetu z własnym adresem IP. To niemal 4 razy więcej niż wyniesie populacja ówczesnego świata.

Analogicznie jak miało to miejsce w przeszłości nowości ze „świata konsumenckiego” po pewnym czasie przechodzą do „świata przemysłu”. IIOT (Industrial Internet of Things), czyli jeden z elementów koncepcji Industry 4.0 od pewnego czasu dynamicznie się rozwija. Podobnie jak w przypadku IoT, również chodzi o komunikację między urządzeniami. Różnica polega na tym, że zamiast inteligentnych urządzeń RTV/AGD, informacje będą wymieniać maszyny produkcyjne, systemy zrobotyzowane, transportowe czy energetyczne na terenie pojedynczej fabryki lub w rozproszonych lokalizacjach na całym świecie.

Podobnie jak w przypadku IoT, duże znaczenie w rozwoju przemysłowego Internetu Rzeczy będzie miała sieć 5G. Jednak oprócz infrastruktury komunikacyjnej, dynamiczny rozwój IIoT wymaga otwartej, bezpiecznej i szybkiej wymiany informacji pomiędzy urządzeniami. Obecnie liderem w tej dziedzinie jest OPC Unified Architecture, który działa na zasadzie klient-serwer i umożliwia sprawną wymianę danych pomiędzy maszynami produkcyjnymi, systemami SCADA czy ERP/MES.

Film przedstawiający funkcjonalność OPC UA

OPC UA bazuje na powszechnie stosowanych protokołach jak TCP/IP, HTTP czy SOAP dzięki czemu wywoływanie wymaganych usług możliwe jest z poziomu dowolnego systemu operacyjnego czy języka programowania, a dane przesyłane są za pośrednictwem różnych formatów np. XML. Szyfrowanie i uwierzytelnianie z poziomu akwizycji danych i wykorzystaniu klucza publicznego zapewnia wysoki poziom cyberbezpieczeństwa.

Zunifikowany standard pozwala na wymianę informacji między dowolnymi poziomami zarządzania fabryką, a nie – jak to było do tej pory – w większości dostępnych na rynku rozwiązaniach pomiędzy hierarchicznymi warstwami, np. SCADA <-> MES. Standard OPC UA umożliwia zaciągnięcie danych bezpośrednio ze sterownika PLC do systemu MES czy ERP np. w celu sprawdzenia wydajności pracy oraz zwrotne wprowadzanie zmian sterowania maszyną produkcyjną w oparciu o stany magazynowe półproduktów.

Od niedawna OPC UA wspierany jest przez sterowniki Astraada One serii ECC2000 pracujące w środowisku Codesys. Nowa funkcjonalność sprawia, że rodzina kompaktowych i zintegrowanych sterowników PLC Astraada One jest stworzona do pracy w Przemyśle 4.0. Jest to zasługą tego, że urządzenia programowane są w jednym, zintegrowanym środowisku Codesys, które pozwala na przygotowanie aplikacji sterującej i wizualizacji w oparciu o jedną bazę zmiennych, którą następnie możemy udostępnić dla innych urządzeń przez OPC UA.

Uruchomienie serwera OPC UA polega na dodaniu do drzewka projektowego obiektu „Symbol Configuration”, a następnie wyborze zmiennych, które chcemy udostępniać w szerszym zakresie.

Po stronie klienta np. Wonderware InTouch, należy podać adres klienta w formacie opc.tcp://ADRES_IP_SERWERA:4840

Wartości zmiennych w sterowniku można modyfikować zdalnie z poziomu dowolnych urządzeń mobilnych wyposażonych w przeglądarki wspierające HTML5. Astraada One obsługuje do 100 jednoczesnych połączeń zdalnych oraz tworzenie kont użytkowników z odpowiednimi uprawnieniami. Takie rozwiązanie pozwala na sterowanie i optymalizację procesu produkcyjnego praktycznie z dowolnego miejsca na świecie.