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OPC UA français

L'OPC UA ou unified architecture,c'est la nouvelle génération de technologie OPC,le nouveau standard de communication industrielle dédié à l'internet industriel des objets et à l'usine du futur.C'est en quelque sorte le successeur de l'OPC Classic.L'OPC UA est le standard de communication de prédilection pour l'industrie 4.0.

Opc ua tutorial 1

La Fondation OPC a annoncé sa vision  envers l'OPC en 2003 et a formé le groupe de travail OPC UA en janvier 2004. Les premières parties de la spécification ont été publiées en juin 2006.

La version actuelle de la spécification est le 1.03.La spécification OPC UA ​​actuelle se compose de 13 parties. En Mai 2015, il a été rendu public,ainsi,aujourdh'ui tout le monde peut télécharger les spécifications de l'OPC UA sur le site de la fondation OPC.

 

Bien que développé par la même organisation (OPC Foundation),l'OPC UA diffère considérablement de son prédécesseur :

 

Une de ses particularités est qu'il est  indépendant de la plate-forme utilisée et intègre toutes les fonctionnalités de l'OPC Classic ,offrant ainsi un chemin de migration vers une solution plus sécurisée et évolutive.Contrairement à l'OPC DA (Data Access) basé sur le DCOM de Windows,il est tout à fait possible d'utiliser l'OPC UA sur les systèmes d'exploitation Linux ou Mac.

Avec l'OPC UA,le serveur peut être directement intégré dans le hardware,ainsi,on pourra installer un serveur OPC UA sur des mini-PC embarqués comme le Raspberry PI ou le Beagle Bone.Concernant les fournisseurs de solutions OPC UA,les plus connus sont : Matrikon,Kepware,Sofnet.

L'OPC UA : Comment ça marche ?

L'OPC UA utilise un composant serveur pour fournir l'accès aux données machine, les applications clientes sont utilisées pour accéder ou modifier des données sur le serveur.Les serveurs peuvent également être des clients en même temps et, par exemple, fournir des données agrégées d'autres serveurs à leurs clients.

Contrairement à l'OPC Classic,l'OPC UA utilise un modèle d’information orienté objet, qui prend en charge les structures, les machines d’état et qui est indépendant du système d’exploitation. De plus, voici quelques avantages supplémentaires de l'OPC UA par rapport à l'OPC Classic :

- Prend en charge l'architecture orientée service (SOA) qui permet une personnalisation aisée pour différents types de périphériques et d'applications

- Il permet l'échange de données brutes et d'informations prétraitées entre des systèmes intégrés dans des capteurs et des appareils de terrain et des systèmes ERP, MES et de visualisation de processus (IHM)

- Sécurité des données plus robuste

Pour échanger des données,le standard OPC UA utilise un protocole binaire optimisé basé sur le protocole TCP, ouvrant simplement un seul port dans le pare-feu.L'OPC UA  utilise une architecture robuste, avec des mécanismes de communication fiables, une surveillance du temps configurable et une détection automatique des pannes.Les mécanismes de correction des erreurs permettent de rétablir automatiquement la liaison de communication entre le client OPC UA et le serveur OPC UA sans perte de données.Des fonctionnalités supplémentaires telles que: la redondance de connexion, la surveillance de la connexion (interruptions), la mise en mémoire tampon des données et accusé de réception sont disponibles pendant les échanges.


La différence la plus importante entre OPC Classic et l'OPC UA se trouve au niveau de la modélisation des données.Le concept de base de l'OPC UA est un espace d'adresse spécifique au serveur qui est composé de noeuds avec des attributs reliés par des références. En utilisant des noeuds et des références, il est possible de développer un modèle abstrait qui représente des objets du monde réel comme un processus ou une machine. Les objets peuvent être hérités et étendus comme dans les langages de programmation orientés objet. L'OPC UA fournit un certain nombre de mécanismes pour l'échange de données :


- Accès synchrone ou asynchrone en lecture / écriture aux attributs de noeud

- Un mécanisme d'abonnement permettant de déceler les changements au niveau du serveur ce qui évite de faire du polling.

- Le serveur envoie une notification chaque fois que la valeur sur le serveur change ou qu'un événement se produit


- Accès aux données d'historiques (qui peuvent être conservées dans une base de données connectée au serveur ou à la mémoire)


- Appels de méthodes qui peuvent être utilisés pour déclencher des actions dans des périphériques connectées au serveur OPC UA. Ces méthodes côté serveur peuvent être appelées avec des paramètres et des valeurs de retour transmises au client.


- Un service de navigation qui permet au client d'explorer la structure de l'espace d'adressage sans connaissance préalable du modèle de données

- L'OPC UA possède également un concept de sécurité intégré basé sur des algorithmes et des certificats cryptographiques établis. Les données peuvent être signées, cryptées ou les deux en même temps, en fonction des exigences de sécurité.Les clients peuvent vérifier le certificat du serveur et utiliser leurs certificats clients pour s'authentifier sur le serveur.

Les avantages de l'OPC UA

En ce qui concerne les principaux avantages de l’utilisation de l’OPC UA, nous avons:

 
    - Implémentation multi-plateforme, y compris les implémentations portables ANSI C, Java et .NET


    - Opération multithread (tâches multiples) ou monothread possible


    - Sécurité basée sur de nouvelles normes


    - Limites de temps configurables pour chaque service


    - Architecture orientée services (SOA)

Mode d'encodage

La communication via OPC UA prend en charge deux modes d'encodage de données : l'encodage binaire et l'encodage XML.L'expéditeur code les données dans le format approprié et le destinataire doit être capable de décoder le contenu (avec toutes les hypothèses d'intégrité et de sécurité) afin de reconstruire les données d'origine.Il faut cependant noter que le mode d'encodage binaire est plus répandu que le mode d'encodage XML.

Le mode d'encodage binaire

Le mode d'encodage binaire présente les données en série au format tableau (ensemble ou structure de données) d'octets.Il s’agit d’une méthode simple et peu coûteuse, généralement appliquée au niveau de l’appareil,dont la puissance d’exécution est limitée,mais dont la priorité est élevée, elle ne doit être interprétée que par les clients compatibles OPC UA.

Le mode d'encodage XML

Le XML est un langage de balisage.Il facilite l'interprétation des données par plusieurs périphériques indépendamment  de la plate-forme utilisée.L'encodage XML est généralement appliqué au plus haut niveau de communication de l'installation et prend en charge les clients XML génériques (par exemple, les imprimantes). Comparé au mode d'encodage binaire,le mode d'encodage XML est plus coûteux à mettre en œuvre.L'encodage XML est  généralement utilisé avec les infrastructures IT.

Mode de transport

Pour le transport de données,l'OPC UA utilise deux protocoles : l'OPC/TCP et le SOA/HTTPS

Le mode de transport OPC/TCP (Ole for Process Control/Transmission Control Protocol)

Ce protocole est basé sur TCP pour le transport de données,permettant une communication en full duplex entre le serveur et le client, dans le modèle Socket, le canal communique avec les paquets binaires, permettant un canal sécurisé (socket sécurisé).Seuls les clients OPC sont capables de recevoir des informations du canal OPC/TCP.

Le mode de transport SOAP (Simple Object Access Protocol) / HTTPS (protocole de transfert hypertexte sécurisé)

Ce protocole fonctionne avec des messages structurés dans le modèle SOAP (XML), qui sont transmis via HTTPS, généralement appelés enveloppes de message.Ces messages sont des ensembles de données utilisés au niveau de la communication entre différents types de périphériques prenant en charge XML.Ces messages sont transmis de manière sécurisée,cryptée et validés par des certificats numériques.

Mode de sécurité

L'OPC UA utilise les technologies SSL (Secure Sockets Layer), TLS (Transport Layer Security) et AES (Advanced Encryption Standard) pour la sécurisation des données.Grâce à ces différentes technologies l'OPC UA assure :

    - La protection contre les accès non autorisés,les modifications des valeurs de processus, le sabotage et les défaillances causées par une utilisation négligée
    - Les fonctionnalités de sécurité font partie intégrante de la norme et incluent l'authentification des utilisateurs et des applications, les signatures de messages numériques et le cryptage des données transmises.
    - L'échange de données entre les périphériques via OPC UA est sécurisée, avec contrôle de la confidentialité, de l'intégrité des données et de l'authentification des échanges

La nouvelle technologie Publisher/Suscriber

Etant donné que l'OPC/UA  est basé sur le modèle client/serveur,il n'est pas idéal pour les applications IoT faisant intervenir des milliers d'équipements industriels.Ainsi,la nouvelle technologie Publisher/Suscriber est plus adaptée.Dans cette technologie,le "Publisher" ou "éditeur" envoie les données à ses "abonnés" ou "Suscriber" et les abonnés peuvent également envoyer des données au Publisher.Cela permet d'avoir des réseaux numériques de haute densité et très performants.

 

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- C'est quoi un serveur OPC ?

- Les avantages d'un serveur OPC

- La différence entre OPC UA et OPC Classic

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