OPC UA: Te pięć liter oznacza większą przejrzystość

Standard OPC UA umożliwia wydajne analizowanie danych z maszyn i urządzeń. Czujniki Leuze z certyfikacją OPC UA zapewniają operatorom instalacji nowe możliwości.

Piramida staje się otwarta

Czy to Przemysł 4.0, IIoT, czy też komunikacja Machine-to-Machine – łączenie w sieć maszyn, instalacji i produktów jest możliwe tylko dzięki wykorzystaniu odpowiednich standardów. Eksperci często opisują je jako „piramidę automatyzacji”: zgodnie z definicją przechodzi się w niej od podstawowego poziomu – urządzeń – przez poziomy polowy, sterowania i sterowania procesowego, aż do najwyższego poziomu – zarządzania. Standardy wymiany danych różnią się możliwościami w zależności od poziomu: Maszyny i urządzenia przesyłają dane do poziomów polowego i sterowania przez ustandaryzowane protokoły, takie jak IO-Link, Profinet, Ethernet/IP, EtherCAT oraz Ethernet-TCP/IP, jednak nie mogą komunikować się bezpośrednio z wyższymi stopniami piramidy. Jest to powodowane tym, że ani magistrali fieldbus nie można skalować aż do chmury, ani protokoły takie jak MQTT nie mogą komunikować się z poziomem polowym. Lukę tę zamyka framework OPC UA (UA = Unified Architecture, ujednolicona architektura). Czujniki Leuze z certyfikatem OPC UA dają nowe możliwości operatorom instalacji.

Standard OPC UA łączy różne poziomy piramidy automatyzacji.

Od komunikacji polowej po dane w chmurze

Aktualnie nie istnieje uniwersalny protokół, za pomocą którego mogłyby się komunikować ze sobą maszyny, urządzenia i serwery wszystkich poziomów. Przyczyna tego leży w fakcie, że protokoły każdego poziomu podlegają ściśle określonym wymaganiom. Nie jest możliwe spełnienie ich wszystkich jednocześnie. Mimo to maszyny i urządzenia generują wiele wartościowych danych. Problem stanowi fakt, że poziomy, które mogą analizować te dane, często nie mają do nich dostępu i nie są w stanie ich zinterpretować. Rozwiązanie stanowi OPC UA. Nie jest to protokół, tylko framework, czyli zbiór technologii. Zasada działania: Na podstawie modelu informacyjnego OPC UA określa, które dane mają być wysłane. Standard reguluje uprawnienia dostępu na poziomie komunikacyjnym i dobiera protokół wymiany danych. Dzięki temu odseparowane od siebie poziomy piramidy automatyzacji zostają połączone w otwartą strukturę sieciową. Darmowe oprogramowanie Open Source OPC UA działa przy tym niezależnie od producenta i platformy.

Zainstaluj szybciej

Aby możliwa była szybsza wymiana danych między wszystkimi poziomami piramidy automatyzacji, należy przygotować i wdrożyć odpowiedni system. Nawet gdy stosowany jest wspólny standard komunikacji, obowiązuje zasada: Jeśli urządzenie wysyła ciąg liczb, odbiornik potrzebuje metadanych. Tylko za ich pomocą może prawidłowo zinterpretować ciąg, na przykład jako jednostkę miary. Znajduje tu zastosowanie model informacji opracowany przez OPC Foundation. Opisuje on powiązane urządzenia jako sieć złożoną z różnych obiektów. W pierwszej kolejności określane są w niej relacje między węzłami. Drugi poziom definiuje standardowe atrybuty – to minimalne wymagania, które musi spełniać urządzenie, aby było wykrywane w sieci. Ponadto można określać atrybuty specjalne, takie jak możliwości i działania maszyn. W ten sposób automatycznie tworzona jest czytelna struktura. Dane mogą być odczytywane i interpretowane przez dalsze urządzenia z certyfikatem OPC UA. To praktyczne, ponieważ dostępność branżowych standardów oznacza, że producenci nie muszą opracowywać specyfikacji swoich urządzeń od podstaw. Nadrzędne wytyczne obejmują definicje czytników kodów kreskowych 1D oraz przesyłane przez nie wartości i zdarzenia. OPC Foundation udostępnia je do pobrania w formatach PDF oraz XML. Specyfikacje mogą być odczytywane przez maszyny i nie trzeba przenosić ich ręcznie.

Informacje, które należy określić w modelu danych urządzenia:

  • Dane do identyfikacji urządzenia w sieci
  • Dane procesów i zdarzeń (przykładowo wyniki odczytu skanera, polecenia start/stop)
  • Dane jakości (przykładowo udane i nieudane próby odczytu skanera)

OPC UA oferuje znaczące zalety w kwestii instalacji. Przykład: Gdy czytnik kodów kreskowych Leuze BCL 348i zostanie zidentyfikowany w sieci jako czytnik kodów kreskowych 1D i poziom sterowania rozpozna jego sygnał, cechy urządzenia będą wykrywane automatycznie (AutoID). Rezultatem jest wyjątkowo szybka integracja urządzenia z systemem. Uproszczeniu ulega również konserwacja instalacji, ponieważ można centralnie odczytywać i analizować alarmy oraz komunikaty błędów i stanu z poszczególnych urządzeń.

Czytnik kodów 1D BCL 348i firmy Leuze posiada certyfikację OPC UA. Dzięki temu jest kompatybilny z wymaganiami technologicznymi OPC UA i może przesyłać dane na poziom zarządzania.

Bezpieczeństwo w sieci

OPC UA przyczynia się do wyższego bezpieczeństwa IT. W czasach IIoT coraz ważniejsze staje się wymaganie, aby dane z maszyn dało się przetwarzać w chmurze dla zastosowań przemysłowego Internetu rzeczy (Internet of Things). Dlatego dużą korzyścią dla producentów systemów jest fakt, że w standardzie OPC UA zawarte jest już szyfrowanie end-to-end. Skutecznie chroni to dane przedsiębiorstwa przed ingerencją z zewnątrz. Można również łatwo dokonywać wewnętrznego przypisywania uprawnień. Określanie, kto ma dostęp do danych i może je odczytywać, analizować lub zmieniać, minimalizuje ryzyko przestojów spowodowanych atakami hakerskimi lub błędami obsługi.

Prostsze monitorowanie instalacji

Jedną z ważnych zalet standardu jest możliwość znaczącego zwiększenia wydajności instalacji poprzez analizę danych. OPC UA pozwala łatwo monitorować maszyny i instalacje oraz optymalizować procesy. Można to zobrazować praktycznym przykładem: W magazynie małych części transportuje się pudełka na przenośniku, aby dostarczyć towary do stanowisk kompletacji i wysyłki. Pudełka są opatrzone etykietą z kodem kreskowym. Zainstalowane na przenośniku czytniki kodów kreskowych 1D BCL 348i Leuze dostarczają danych wymaganych do transportu pojemników na przenośniku. Z upływem czasu wskutek eksploatacji optyka skanerów może ulec zanieczyszczeniu, przez co nie będzie już możliwa prawidłowa rejestracja etykiet na pudełkach. Również same etykiety mogą zostać uszkodzone lub zabrudzone, co negatywnie wpływa na ich czytelność. Jak użytkownik może zidentyfikować błąd?

Szybko przejdź do istotnych danych

Czujnikami można sterować w zwykły sposób – bez użycia OPC UA – za pomocą komputera diagnostycznego. Zapisywane są wartości takie jak odsetek prób odczytu zakończonych niepowodzeniem, dzięki czemu można wykryć skanery, które są zanieczyszczone lub obarczone innymi błędami. Wada tego rozwiązania: operator systemu musi sterować i odczytywać każde urządzenie osobno. To bardzo czasochłonna praca, zwłaszcza identyfikacja nieprawidłowych etykiet. Pracownik musi w tym celu odczytać dane z każdego skanera oddzielnie i ręcznie je sklasyfikować. Znacznie wydajniejsza jest praca z użyciem OPC UA i odpowiedniej techniki czujnikowej: Czytniki kodów 1D BCL 348i firmy Leuze posiadają certyfikację OPC UA i umożliwiają przesyłanie danych ze skanerów aż do poziomu zarządzania. Następnie można je centralnie analizować za pomocą prostej aplikacji i przykładowo wizualizować na pulpicie. Dzięki temu jeśli któryś ze skanerów przeprowadza podejrzanie dużo nieudanych odczytów, jest to widoczne w czasie rzeczywistym. Dodatkowa zaleta: wskazywana jest również lokalizacja danego skanera, co umożliwia wysłanie tam serwisantów. Jeśli okaże się, że wszystkie skanery niewłaściwie rejestrują określoną etykietę, możliwa jest także zmiana tej etykiety. Wszystko to przekłada się na znaczny wzrost wydajności przy konserwacji i daje możliwość łatwego zwiększenia dostępności instalacji.

Bez OPC UA wykrywanie nieprawidłowych etykiet i wadliwych skanerów wymaga dużego nakładu pracy.

Postaw na certyfikowaną technikę czujnikową

Standard OPC UA w krótkim czasie zyskał na całym świecie pozycję centralnego frameworku do transmisji danych od poziomu polowego po chmurę. Dotychczas ściśle od siebie odseparowane poziomy automatyzacji stały się otwarte. Przyczynia się to między innymi do wydajniejszej analizy danych z maszyn i urządzeń. Zalety tego standardu dla instalacji, optymalizacji pracy i serwisowania można jednak wykorzystać tylko z odpowiednią techniką czujnikową. Warto postawić w tej kwestii na ekspertów technologii czujników, posiadających portfolio produktów z certyfikacją OPC UA oraz specjalistyczną wiedzę. To „Sensor People” firmy Leuze, zawsze chętnie służący wsparciem. Dzięki innowacyjnej technice czujnikowej Leuze z certyfikacją OPC UA, takiej jak czytnik kodów 2D DCR 248i oraz czytnik kodów 1D BCL 348i, użytkownicy mogą przenieść swoje instalacje na nowy poziom wydajności.

Również do kodów kreskowych 2D dostępne są skanery z certyfikacją OPC UA, na przykład DCR 248i. Leuze stale opracowuje nowe linie produktów z certyfikacją OPC UA do wydajnej pracy w systemach IIoT oraz Przemysłu 4.0.