Collegare in rete sistemi diversi di produttori diversi – tutti caratterizzati da interfacce, profili e meccanismi di comunicazione diversi – questa è la sfida dell’Industria 4.0 e dell’Industrial Internet of Things (IIoT). È qui che entra in gioco OPC UA. Crea una base uniforme per lo scambio continuo di informazioni dal campo al cloud.
OPC UA, acronimo di Open Platform Communication Unified Architecture, consente una collaborazione indipendente dalla piattaforma, interoperabile e trasversale tra i vari fornitori di macchine in produzione. Rende possibile la comunicazione tra macchine e sistemi, sia in reti chiuse che via Internet. Ma OPC UA non è solo un protocollo di comunicazione: L’architettura comprende anche modelli di dati e concetti di interazione. La scalabilità è un altro grande vantaggio dello standard. A seconda del profilo dei requisiti e della portata dell’applicazione, l’attenzione può essere rivolta alle prestazioni o alla sicurezza, ad esempio l’autorizzazione, la crittografia, la certificazione o l’autenticazione. Vediamo, di seguito, quali applicazioni sono possibili con lo standard di scambio dati aperto.
Scenario 1. Operazioni Parallele
OPC UA può essere utilizzato in parallelo con i sistemi di controllo macchine industriali standard, consentendo il trasferimento di dati a valore aggiunto al cloud. Grazie alla tecnologia MultiLinkTM sviluppata da Pepperl+Fuchs Comtrol, il master IO-Link è in grado di trasferire i dati dei sensori sia al PLC che al cloud attraverso diversi protocolli. Il gateway edge intermedio BTC12 stabilisce la comunicazione con il master IO-Link, si adatta all’interfaccia del cloud e garantisce una trasmissione sicura dei dati. In questo modo è possibile implementare diverse applicazioni IoT, come la manutenzione predittiva.
Scenario 2. Retrofit
OPC UA può essere utilizzato anche in soluzioni di retrofit. Se è già in uso un master IO-link convenzionale, è possibile sostituirlo con un master IO-link delle serie ICE2 (EtherNet/IP) e ICE3 (PROFINET) dotato di interfaccia OPC UA.
Con l’aiuto della funzione MultiLinkTM integrata, è possibile fornire dati a diversi sistemi, come ad esempio a più cloud, simultaneamente e in tempo reale. Oltre al trasferimento dei dati a più cloud, un server OPC UA integrato consente anche la comunicazione parallela con un PLC di livello superiore tramite PROFINET.
Scenario 3. Applicazione senza un ambiente PLC tradizionale
In future applicazioni, gli utenti dovranno affrontare la sfida di non disporre né di un PLC tradizionale né di un PLC con prestazioni sufficienti.
Un esempio di questo tipo di applicazione è la gestione degli asset e il track and trace dei componenti con connessione diretta all’ERP o al MES tramite OPC UA. Ma anche in altre aree applicative, come quella dei veicoli a guida automatica, non è necessario utilizzare PLC ad alte prestazioni. Grazie all’ingombro scalabile, i client OPC UA possono invece essere portati su microcontrollori relativamente economici. Tuttavia, ci sono anche applicazioni in cui le nuove funzionalità non possono essere mappate tramite il PLC e si utilizzano invece sistemi di controllo basati su PC.
L’interfaccia OPC UA integrata nel master IO-Link stabilisce una connessione diretta a questi sistemi, ad esempio a un gateway edge come il thin client box BTC12 di Pepperl+Fuchs. In questo modo è possibile implementare applicazioni senza un ambiente PLC tradizionale.
Scenario 4. Applicazione con più PLC
Le celle di saldatura sono un tipico esempio di utilizzo di più PLC. All’interno di una cella di saldatura complessa, sono presenti diversi PLC, robot con relativo controllo, una stazione di misura basata su PC, controlli ottici di qualità basati su PC e un’alimentazione di acqua di raffreddamento. Un PLC di livello superiore controlla tutti i processi del sistema tramite PROFINET. I sistemi basati su PC sono dotati di una scheda di rete Ethernet TCP/IP e la stazione di raffreddamento dell’acqua e il controller del robot funzionano ciascuno tramite un protocollo proprietario.
Caso 1: OPC UA consente la comunicazione e lo scambio diretto di dati tra i sistemi nonostante i diversi protocolli fieldbus. Ad esempio, consente al robot di comunicare con altri sistemi all’interno dell’impianto direttamente o tramite il cloud.
Caso 2: i valori di scarico dell’acqua di raffreddamento (compresi altri parametri di processo come il tempo di ciclo e i valori di temperatura) vengono registrati e valutati per la manutenzione preventiva. Tramite OPC UA, i valori determinati vengono trasferiti a sistemi di livello superiore o direttamente al cloud, dove i servizi digitali e altri possono accedervi. Questi ultimi analizzano le registrazioni per identificare le irregolarità sulla base di possibili deviazioni, al fine di prevenire errori e danni conseguenti.
Caso 3: la stazione di misura fornisce i dati di misura a un database e, in parallelo, a un sistema di controllo. Utilizzando OPC UA, i dati di misura possono essere facilmente trasmessi attraverso due canali diversi.
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