OPC UA (Unified Architecture) è l’infrastruttura che presiede al trasporto di dati e informazioni pre-elaborate dal campo al livello superiore dove risiedono la pianificazione della produzione (i sistemi MES) e la gestione aziendale (i sistemi ERP).
Si tratta di un protocollo che è intrinsecamente non deterministico e quindi adatto allo scambio di dati tra campo e sistemi superiori, ma non ad applicazioni di controllo. Almeno finora. Perché grazie a due estensioni del protocollo presto OPC UA potrebbe diventare capace anche di supportare applicazioni in tempo reale: la OPC Foundation, l’organizzazione che supporta l’adozione di questo standard, è infatti impegnata da diverso tempo su questo tema con un gruppo di lavoro intitolato “pub-sub” (scopriremo a breve perché si chiama così). I lavori di questo gruppo sono ormai in fase avanzata, al punto che esistono già dei prodotti sviluppati sulla base delle specifiche preliminari del nuovo standard.
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La formula: TSN+pub-sub=real-time
Già, ma come fa OPC UA a diventare adatto ad applicazioni real-time? Lo spiegano Matthias Damm, responsabile del gruppo di lavoro pub/sub della OPC Foundation, e Sebastian Sachse, technology manager della BU Open Automation di B&R, una delle aziende più impegnate nella collaborazione allo sviluppo delle nuove specifiche.
Le estensioni sulle quali è al lavoro il gruppo pub-sub della Fondazione sono il time-sensitive networking e il modello publish-subscribe (di qui il nome del gruppo di lavoro). “Oggi OPC UA è veloce, ma non deterministico in termini di automazione”, spiega Matthias Damm. “Per le applicazioni in cui OPC UA è in uso, l’enfasi è sull’affidabilità e sull’integrità dei dati trasmessi. Quando però si passa alla comunicazione tra controllori, la capacità di comunicare in tempo reale diventa fondamentale. Grazie al modello publish-subscribe lo scambio dei dati diventa molto vicino a quello che si può ottenere con un sistema intrinsecamente real-time. Se, a questo punto, si combina il modello publish-subscribe con un layer fisico real-time – Ethernet con espanione TSN (Time Sensor Networking) – ecco che OPC UA diventa davvero real-time”.
Il meccanismo publish-subscribe
Ma in che consiste il meccanismo publish-subscribe? “Finora OPC UA ha utilizzato un meccanismo di tipo client/server, con un client che richiede informazioni e riceve risposta da un server. Con questo approccio i dati sono scambiati in maniera asincrona e possono esserci problemi quando la rete è affollata da un gran numero di nodi”, spiega Damm. “Il modello publish-subscribe offre la possibilità aggiuntiva della comunicazione one-to-many e many-to-many. Consente agli sviluppatori di definire una finestra temporale fissa nella quale i dati devono essere scambiati”.
Ma perché è così vantaggioso avere una comunicazione basata sul modello publish-subscribe? “Nelle architetture estese e decentralizzate la comunicazione one-to-many e many-to-many offre vantaggi concreti in termini di velocità: un fattore fondamentale nei sistemi integrati come ad esempio le linee di confezionamento”, risponde Damm.
“OPC UA può entrare adesso in aree applicative dove la comunicazione ciclica e prestazioni real-time sono fondamentali”, gli fa eco Sebastian Sachse di B&R. “Si tratta di domini nei quali B&R ha molta esperienza e per questo abbiamo voluto offrire un contributo attivo per creare la migliore tecnologia possibile”.
Quali sono i potenziali vantaggi di queste espansioni di OPC UA? Lo spiega ancora Matthias Damm: “In un impianto dove ci sono macchine con diverse tecnologie di automazione e sistemi fieldbus differenti, la comunicazione tra i controllori è sempre stata un problema. Il nuovo approccio di OPC rende più semplice implementare la comunicazione tra macchine multi-vendor”.
Quali applicazioni beneficeranno maggiormente delle capacità real time dei device di campo che integrano OPC UA? “Il bus controller – spiega Sachse – è perfetto per l’automazione di fabbrica e si presta praticamente a impieghi in qualsiasi applicazione. Il nuovo modello pub-sub distribuisce i dati in maniera estremamente efficiente e consente connessioni al cloud tramite l’infrastruttura Ethernet. Questo è particolarmente utile anche in applicazioni di retrofitting, oltre che per le installazioni ex novo. L’obiettivo condiviso di B&R e OPC Foundation è di far sì che OPC UA sia lo standard di comunicazione aperto per l’IIoT dal sensore al cloud”.
A che punto siamo
Quanto manca al rilascio di queste nuove specifiche? “Siamo già arrivati a una versione stabile che include gran parte delle definizioni. In casi come questo, è fondamentale avere implementazioni pilota che procedano di pari passo con la definizione delle specifiche. Già alla scorsa Hannover Messe, ad aprile, abbiamo visto alcune demo proposte dai pricipali vendor. Le specifiche comunque dovrebbero essere completate entro la fine dell’anno”, spiega Damm.
E quando vedremo i primi prodotti? “La prototipazione è già in fase avanzata e la verifica sarà rapida. Credo che vedremo i primi prodotti già all’inizio del 2017”, spiega Damm.
“Come ha detto Matthias, è molto importante aver fatto delle implementazioni nella fase di sviluppo delle specifiche. L’esperienza fatta in questa fase di test è stata riportata al gruppo di lavoro e integrata nelle specifiche. Inoltre saremo pronti a commercializzare i primi prodotti molto, molto presto”, aggiunge Sachse.
Sarà difficile aggiornare un sistema OPC UA attuale alle nuove specifiche? ” Chi ha già un’implementazione hardware o software di OPC UA senza il real-time potrà aggiungere l’estensione semplicemente aggiornando la libreria utilizzata per l’implementazione. In pratica, sarà relativamente indolore”, risponde Damm.
