L’OPC, pur essendo ampiamente adottato nell’ambito dell’automazione industriale per consentire la comunicazione tra dispositivi industriali di produttori diversi, ha alcuni limiti funzionali. L’OPC UA ne è l’evoluzione: mantiene le stesse specifiche in un’architettura orientata ai servizi e indipendente dalla piattaforma.
Il primo standard OPC (Open Platform Communications) di grande successo, l’OPC Data Access COM/DCOM, è stato concepito per definire interfacce client-server per l’accesso in lettura e scrittura ai dati di processo, permettendo una semplice e completa integrazione di tutti i dispositivi hardware e software per l’automazione realizzati da produttori differenti. In ambito industriale, però, non sempre si è riusciti a usufruire dei vantaggi offerti da questa piattaforma a causa della dipendenza dal protocollo di comunicazione COM - Component Object Model e delle limitazioni nei meccanismi per l’accesso remoto forniti da DCOM (Distributed Component Object Model o modello a oggetti per componenti distribuiti). La prima risposta di OPC Foundation al problema è stato l’OPC XML-DA, che ne manteneva le caratteristiche fondamentali utilizzando però un’infrastruttura di comunicazione non legata né a un particolare produttore né a una specifica piattaforma software. Tuttavia, la sola conversione delle specifiche OPC-DA in versioni basate sui Web Service non è stata sufficiente a soddisfare la necessità di uno standard di nuova generazione, specialmente a causa delle limitate performance di XML.
L’OPC, pur essendo uno standard largamente usato nel mondo dell’automazione industriale per la comunicazione tra dispositivi industriali di differenti produttori, ha evidenziato nel tempo, come già premesso, alcune “mancanze”. Tra queste i diversi problemi di configurazione con il protocollo di comunicazione DCOM (poco accessibile agli sviluppatori per risolvere eventuali bug), i bassi livelli di sicurezza e soprattutto la compatibilità limitata con i sistemi operativi di casa Microsoft. Oltre a questo, l’Industrial Internet ha messo di fronte a una delle maggiori sfide: l’interoperabilità. Molti fornitori utilizzano diversi tipi di dispositivi, ciascuno con i propri protocolli univoci per comunicare tra loro, rendendo difficile realizzare soluzioni connesse e sicure. Un certo numero di aziende, poi, impiegano all’interno delle loro reti industriali diverse tecnologie di vendor anche concorrenti. Non sorprende quindi che molte organizzazioni abbiano difficoltà a integrare i sistemi con i più disparati dispositivi e le differenti apparecchiature.
Le aziende che aderiscono a OPC Foundation hanno affrontato il problema e hanno creato un protocollo standard per il funzionamento delle macchine e dei sistemi software, che ora possono comunicare tra loro nella stessa “lingua”. OPC UA - Unified Architecture nasce quindi dalla volontà della Fondazione di creare un vero sostituto di tutte le versioni esistenti COM-based, ma senza la perdita di alcuna funzionalità e senza avere problemi di efficienza. Questo standard soddisfa quindi la necessità di interfacce platform-independent e permette la creazione di modelli dati completi ed estensibili per descrivere sistemi complessi.
OPC: il punto di partenza
OPC è uno standard di interoperabilità per lo scambio sicuro e affidabile di dati nell’ambito dell’automazione industriale e in altri settori. È indipendente dalla piattaforma e garantisce un flusso trasparente di informazioni tra dispositivi di produttori diversi. La serie di specifiche da cui è costituito, determinate da produttori, utenti finali e sviluppatori software, definisce l’interfaccia tra sistemi client e server, così come tra server e server, compresi l’accesso in tempo reale ai dati, il monitoraggio di allarmi ed eventi, l’accesso a dati storici e altre applicazioni.
Quando l’OPC fu rilasciato nel 1996, il suo scopo era quello di astrarre i protocolli specifici dei PLC (come Modbus, Profibus e così via) inserendoli in un’interfaccia standardizzata che permettesse ai sistemi HMI/SCADA di interfacciarsi con il “middle-man” (o “uomo di mezzo”), che avrebbe convertito le richieste di lettura o scrittura generiche-OPC in quelle per lo specifico dispositivo e viceversa. Il risultato è stato l’emergere di un intero settore produttivo semi-artigianale, permettendo agli utenti finali di implementare sistemi che utilizzano i prodotti più all’avanguardia, tutti interagenti tra loro in modo trasparente. Inizialmente questo standard era limitato al sistema operativo Windows ed è per questo che l’acronimo OPC è nato da OLE (Object Linking and Embedding) for Process Control. Queste specifiche, conosciute oggi come OPC Classic, hanno visto un’ampia diffusione in molti settori, tra cui il manifatturiero, l’automazione degli edifici, il petrolifero, le energie rinnovabili e le utility.
L’evoluzione in OPC UA
L’introduzione di architetture orientate ai servizi (SOA - Service Oriented Architecture) nei sistemi manifatturieri ha portato a nuove sfide legate alla sicurezza e alla modellazione dei dati. OPC Foundation ha quindi sviluppato le specifiche OPC UA per rispondere a queste esigenze, offrendo allo stesso tempo un’architettura a piattaforma aperta basata su una tecnologia con varie funzionalità “a prova di futuro”, scalabile ed estensibile.
OPC Unified Architecture (UA) è un’architettura orientata ai servizi e indipendente dalla piattaforma che integra tutte le funzionalità delle specifiche individuali OPC Classic in un framework estensibile.
Il secondo obiettivo è l’indipendenza dalla piattaforma che, vista la grande varietà di quelle hardware e di sistemi operativi oggi disponibile, è un elemento fondamentale. OPC UA gira su piattaforme hardware, quali PC tradizionali, server basati su cloud, PLC, microcontrollori (ARM e così via), nonché su sistemi operativi come Microsoft Windows, Apple Os X, Android, qualunque distribuzione Linux e quant’altro. Questo standard mette a disposizione l’infrastruttura necessaria all’interoperabilità aziendale, dal machine-to-machine al machine-to-enterprise, con tutto quello che sta nel mezzo.
Il terzo “pilastro” è rappresentato dalla sicurezza, uno degli elementi principali da tenere in considerazione nella scelta. L’OPC UA è una tecnologia che si integra perfettamente con i firewall, grazie alla disponibilità di una serie di controlli. Infatti ci sono diversi protocolli che offrono opzioni, come il trasporto ultra-veloce binario OPC o il più universalmente compatibile SOAP-HTTPS, i messaggi vengono inviati in modo sicuro tramite crittografia a 128 o 256 bit e quelli firmati sono ricevuti esattamente come sono stati spediti. I pacchetti sono inviati sequenzialmente, così l’esposizione ad attacchi, che sfruttano le funzionalità di risposta ai messaggi, viene eliminata grazie alla gestione della sequenza. Inoltre ciascun client e server UA è identificato tramite certificati OpenSSL. Questi consentono di controllare come applicazione e sistema posso collegarsi l’uno con l’altro così come le applicazioni possono richiedere l’autenticazione dell’utente (tramite credenziali di login, certificati e così via) e restringere o ampliare le loro funzionalità tramite diritti di accesso o delimitazioni nell’indirizzamento. Infine le attività di utenti e/o sistemi vengono registrate seguendo specifici percorsi di verifica.
Il quarto obiettivo raggiunto è quello dell’estensibilità, ovvero la possibilità di aggiungere nuove funzionalità senza toccare le applicazioni esistenti. L’architettura multi-livello di OPC UA mette a disposizione un framework pronto anche per le evoluzioni future. Tecnologie e metodologie innovative, come nuovi protocolli per il trasporto dei dati, algoritmi di sicurezza, standard di codifica o servizi applicativi, possono essere integrati mantenendo la compatibilità con i prodotti precedenti. In breve: quelli realizzati oggi funzioneranno con i prodotti di domani.
Infine c’è la modellazione delle informazioni. Il framework predisposto per questo trasforma i dati in informazioni. Grazie a complete funzionalità object-oriented, anche le più complesse strutture multi-livello possono essere modellate e ampliate. Tipologie e strutture dei dati vengono definite in profili. Per esempio, le attuali specifiche OPC Classic sono state modellate in profili UA, che possono essere condivisi con altre organizzazioni.
I vantaggi dell’OPC UA
Qualunque sia il settore in cui si opera - industria di processo, manifatturiero, controllo delle macchine, produzione di energie, smart grid o, per esempio, gestione del traffico - è possibile integrare tutti i dispositivi, i sistemi di automazione e le applicazioni software presenti in fabbrica, come le soluzioni di asset management (gestione degli asset o delle risorse aziendali), MES - Manufacturing Execution Systems ed ERP - Enterprise Resource Planning (pianificazione delle risorse d'impresa), utilizzando una piattaforma standard indipendente e sicura. Grazie all’OPC UA è possibile anche realizzare sistemi Internet distribuiti e basati su cloud che collegano dispositivi remoti e di I/O al server principale e al database, consentendo così la diagnostica sui dispositivi, reportistica e altre applicazioni.
A chi realizza dispositivi e macchinari è possibile rendere i propri prodotti interoperabili con quelli di altri produttori, consentendo di creare sistemi completi. Utilizzando una tecnologia standardizzata e sicura l’integrazione diventa più stabile e i costi si riducono. L’Internet industriale e l’internet delle Cose sono tendenze molto forti, e l’OPC UA mette a disposizione un protocollo di comunicazione pensato per lo sviluppo di prodotti e sistemi che devono essere adattati a specifici framework. Se i system integrator integrano sistemi di differenti produttori, per offrire ai clienti soluzioni complete, è meglio utilizzare una tecnologia standardizzata, affidabile, sicura, scalabile e indipendente dalla piattaforma. Questo è ciò che offre l’OPC UA. Inoltre, il suo continuo sviluppo è garantito da oltre 400 membri internazionali di OPC Foundation. Scegliendo OPC UA, come tecnologia di base per le comunicazioni, è possibile riutilizzare più volte nel tempo le stesse conoscenze software e professionali, rendendo più economica e rapida la realizzazione dei progetti. Ne traggono beneficio anche gli sviluppatori di software. Infatti uno degli elementi chiave di un applicativo aziendale di successo è il modo in cui viene implementata l’interfaccia con altri sistemi. Nel caso di HMI - Human Machine Interface, SCADA, MES ed ERP, monitoraggio, controllo qualità e reportistica, oltre che in numerose altre applicazioni software, l’OPC UA offre una nuova modalità per risolvere con efficacia i problemi di integrazione. Sviluppando software bisogna massimizzare il numero dei potenziali clienti assicurando elevata qualità, obiettivo che può essere raggiunto offrendo l’OPC UA come interfaccia standard.
