Open Platform Communications (OPC)

OPC UA is zonder enige twijfel de meest gebruikte standaard in automatisering om machines en IT-systemen met elkaar te laten communiceren. In dit artikel keren we terug naar de originele standaard OPC, die sinds de komst van OPC UA aangeduid wordt als OPC Classic. Het wordt een route down memory lane die teruggaat tot 1996.

Zullen we de periode voor 1996 met enig gevoel voor drama de dark ages van de digitalisering noemen? Met alle hype die er tegenwoordig rond de term bestaat zou men haast vergeten dat er in die dagen al heel wat aan digitalisering gedaan werd. Een PLC is uiteindelijk een gedigitaliseerde versie van een schakelbord met relais en regelaars. Ook veldbussen werden toen al gebruikt voor de digitale overdracht van statussen en meetwaarden tussen de sensoren in het veld of een machine en de PLC. De operator kreeg het resultaat te zien op een beeldscherm, via SCADA software die gebruikmaakte van real-time informatie in de PLC – informatie die eveneens digitaal gecommuniceerd werd.

Laag tussen automatisering en IT

Het OPC verhaal vindt zijn oorsprong in die communicatie tussen PLC en SCADA, die meteen ook de overgang vormt tussen automatisering en IT-wereld.

In de dark ages werd die overgang gerealiseerd door in de software een driver te installeren voor de communicatie met een bepaald type PLC. De driver wist hoe de PLC aan te spreken en waar in de PLC de gewenste data te vinden was. Het nadeel van deze methode werd duidelijk wanneer men bijkomende software installeerde, bijvoorbeeld een historian voor de registratie van dezelfde data in een databank. Die historian moest dan eveneens een driver krijgen op maat van de PLC. Het betekende ook dat men bij het vervangen van een PLC een nieuwe driver moest installeren.

De oplossing hiervoor werd gevonden in het creëren van een laag tussen automatisering en IT, waarin een abstractie gemaakt kon worden van de onderliggende PLC-wereld. Er werd met andere woorden gezocht naar een methode waarbij de IT-systemen de automatisering zouden zien als een ander IT-systeem.

Object Linking and Embedding (OLE)

IT-systeem – dat betekende Microsoft. Dat bedrijf had voor zijn kantoorsoftware een concept ontwikkeld dat Object Linking and Embedding (OLE) genoemd werd – een concept dat intussen geëvolueerd is tot ActiveX.

Zonder ons verhaal te verliezen in de details, wat OLE realiseerde was het creëren van objecten zodat een fragment uit een Excel sheet, bijvoorbeeld, als object in Word geplakt kon worden. De getallen en lijnen in de tabel behielden hierdoor hun eigen betekenis als deel van de originele spreadsheet. Word kon hierdoor, wanneer een document getoond moest worden, in Excel gaan kijken naar de meest actuele waarden in de onderliggende spreadsheet.

Dat laatste doet heel sterk denken aan wat een SCADA systeem moest doen met een onderliggende PLC. Enkele honderden leveranciers van zowel hardware als software besloten daarom om samen met Microsoft “OLE for Process Control” of kortweg OPC te ontwikkelen.

Server en client

De abstractielaag die door OPC werd toegevoegd tussen PLC en SCADA bevat twee componenten: een OPC server en OPC client. De benaming server en client verwijzen hierbij naar de manier waarop een communicatie wordt opgezet. De applicatie die data opvraagt – de SCADA software – doet dat via een ingebouwde client. Die communiceert “via OPC” met een server die de data levert.

Die server maakt in het OPC-model deel uit van de PLC en verzorgt de taken waarvoor de software aan de client zijde vroeger, in de dark ages, een driver nodig had, namelijk het ophalen van de informatie op de juiste adressen in de PLC. Wanneer de server een vraag van een client krijgt, neemt hij de actuele waarden in de PLC en geeft deze via een mapping functie door aan de client. De OPC server reduceert de PLC – of eender welk ander device – dus tot een object met een aantal parameters die de client kan opvragen.

In OPC Classic was dit een van de drie beschikbare specificaties, OPC Data Access Specification (OPC DA) genaamd. Daarnaast had je OPC Historical Data Access Specification (OPC HDA), bedoeld voor het doorgeven van bestanden met historische data. OPC Alarms & Events Specification (OPC A&E) tenslotte kon gebruikt worden voor alarmen en andere getriggerde events.

Datamodellen

Vanaf 2003 werd op OPC verder gebouwd om eerst de OPC XML-DA-standaard en later OPC UA te bekomen.

Met de introductie van XML-berichten ontstond een eerste vorm van platformonafhankelijkheid, los van de Microsoft technologie. Met XML werd ook de eerste stap gezet naar datamodellen waarvan er intussen een hele reeks bestaan. Datamodellen houden in dat de waarden die een server ter beschikking kan stellen, een label krijgen zodat ze herkenbaar zijn voor een client.

Het loslaten van de Microsoft technologie bracht de OPC Foundation er intussen toe om de betekenis van OPC te wijzigen van OLE for Process Control naar Open Platform Communications.

In een tweede deel bij dit artikel gaan we dieper in op de OPC UA (Unified Architecture) standaard die voor het eerst gepubliceerd werd in 2008 en uitgegroeid is tot de de facto standaard voor communicatie met en tussen machines.

In dat opzicht geldt OPC UA ook als een van de essentiële bouwstenen voor Industrie 4.0 en het Internet of Things.

© Productivity.be, Tekst: Erwin Vanvuchelen