Características de la OPC UA

Jorge Andrés Flores Alvear
Escuela Politécnica Nacional
Redes Industriales
Quito, Ecuador
jorge.flores01@epn.edu.ec

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OPC UA

Abstract—The OPC UA communication standard facilitates the implementation of several devices within the same process without the need for driver installation, in addition to this unified architecture it is possible to collect data in the cloud as a backup and for real-time control processes (Industry 4.0). In this communication standard it is necessary to configure the parameters of both the OPC UA server and the client. This paper will present the main features and forms of communication of one of the most used communication standards in the industry, OPC UA.

Índice de términos- Cliente-Servidor, DCOM/COM, HTTP(S), Seguridad, Sistema operativo, TCP UA

1. Introducción

OPC es un estándar de comunicación basado en Microsoft DCOM que permite la interacción e intercambio de datos de componentes individuales de software a través de una interfaz común. La comunicación OPC se fundamenta en una arquitectura Cliente-servidor, en donde el cliente realiza peticiones de datos al servidor, y el servidor le otorga dichos datos.

Se debe entender la principal diferencia entre OPC y OPC UA, y esta radica en la implementación de cualquier sistema operativo, es decir OPC está limitado a Windows, puesto que esta basado en OPC/DCOM, mientras que OPC UA permite establecer un estándar de comunicación independiente del sistema operativo que se posea, lo cual permite eliminar los problemas de interoperabilidad de los diferentes sistemas de control dentro del proceso.

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Fig.  1 Diferencias entre OPC (Clásico) y OPC UA

1. Características de la OPC UA

OPC UA (Arquitectura Unificada) es un estándar de comunicación independiente de cualquier sistema operativo, que permite conectar diferentes dispositivos entre sí mediante un intercambio de mensajes entre Cliente y Servidor a través de varias redes.

• En OPC Classic los servidores se encuentran en drivers que deben ser instalados en los dispositivos mientras que en OPC UA los servidores se encuentran en los propios PLC.
• Incorpora una estructura de direccionamiento orientada a objetos, lo cual permite la creación de un lenguaje de programación que permita la comunicación entre dos equipos mediante redes, fortaleciéndolos mediante mecanismos de seguridad adicionales.

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Fig.  2. Arquitectura implementada con estándar de comunicación OPC UA.

Funcionalidad Equivalente

La funcionalidad de OPC Classic ha sido traslada al estándar de comunicación OPC UA.

• Descubrimiento: disponibilidad de Servidores OPC en PC o redes locales
• Espacio de direcciones: permite a los clientes OPC el uso de estructuras simples debido a la representación jerárquica de datos.
• Bajo demanda: posibilita la lectura y escritura de datos en base a permisos de acceso.
• Suscripciones: supervisión de datos e información en función de la configuración de los criterios del cliente.
• Eventos: permite la notificación de información importante del proceso en función de la configuración.
• Métodos: los clientes en base al servidor pueden realizar la ejecución de programas.

Independencia de Plataforma

Utiliza protocolos independientes para que las aplicaciones puedan funcionar correctamente con otros sistemas operativos diferentes de Windows (COM y DCOM)^[2] llegando inclusive a dispositivos móviles

OPC UA posee una infraestructura que facilita la interoperabilidad en todos los segmentos del proceso entre diversos dispositivos (PLC, microcontroladores o tarjeta de adquisición de datos), debido a su estándar de comunicación independiente del sistema Operativo Microsoft Windows, Apple OSX o Linux.

Seguridad

Posibilita la encriptación de comunicaciones mediante certificados de seguridad que inician la comunicación entre dispositivos mediante una red.

• Transporte: se pueden definir varios protocolos como OPC Ultrafast o JSON que es compatible con Websockets.
• Cifrado de sesión: existen varios niveles de cifrado, lo cual permite salvaguardar la transmisión de los mensajes.
• Firma del mensaje: permite la verificación del origen de los mensajes recibidos.
• Autenticación: proporciona un control sobre la conexión entre aplicaciones y sistemas.
• Control de Usuario: posibilita la restricción al acceso y visibilidad del espacio de direcciones mediante credenciales de inicio.

Extensibilidad

OPC UA esta en la capacidad de agregar nuevas funciones que tengan compatibilidad con versiones anteriores debido a su arquitectura de múltiples capas; los nuevos protocolos de transporte y seguridad, además de los estándares de comunicación se podrán incorporar en OPC UA.

Modelado de Información y Acceso

Permite la conversión de datos en información con modelos orientados a objetos y estructuras multinivel. Define de igual manera diversos mecanismos para el acceso a la información.

• Mecanismo de búsqueda
• Operaciones de lectura y escritura (datos históricos y actuales)
• Notificación de alarmas y eventos.

Poseen una arquitectura orientada a servicios (SOA), la cual permite la recepción y procesamiento de solicitudes para su posterior envío de resultados.

Publish-Subscribe proporciona una nueva alternativa para la notificación de datos, en donde se envían las solicitudes a un middleware en donde se desconoce la proveniencia de los mensajes, aumentando la seguridad del sistema y garantizando el intercambio de información.

1. Forma de Comunicación

La arquitectura Cliente-servidor del estándar de comunicación OPC UA, posee dos elementos:

• Servidor OPC: es la fuente de datos en la cual cualquier aplicación puede acceder al servidor y esta en la capacidad de leer o escribir en cualquier variable.
• Cliente OPC: es el encargado de realizar las peticiones para acceder a los datos del servidor.

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Fig.  3. Arquitectura Cliente-servidor OPC UA

Utilizando un servidor OPC se evita la adaptación de los drivers al momento de adquirir un nuevo dispositivo, y de igual manera existe compatibilidad entre cada uno de ellos, dado que no están limitados a un solo sistema operativo, lo cual permite el acoplamiento de sensores, actuadores, sistemas de control de cualquier índole.

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Fig.  4. Integración de Sistemas en un entorno heterogéneo sin el uso de OPC UA.

La principal diferencia entre un OPC Classic y un OPC UA, es que el primero elimina el modelo COM/DCOM beneficiando a las arquitecturas orientadas al servicio en favor a dos transportes de datos: SOAP/HTTP(s) y TCP.

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