OPC. Paulo Roberto Pedroso de Oliveira (11) (11) ASCC Automação

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1 OPC Interoperabilidade, conectividade aberta, entre Automação Industrial e os Sistemas Empresariais. Conjunto de padrões para interface entre softwares. Paulo Roberto Pedroso de Oliveira (11) (11) ASCC Automação paulo@ascx.com.br

2 Redes de Comunicação Visão Geral e Conceituação Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função 1. 4 a 20 ma, analógicos Aquisição dos Dados TPs, TCs, Transdutores circuitos de corrente 4 a 20 ma para informações analógicas. Par de fios p/ posição aberto/fechado Atuações no processo - Circuitos de corrente e contatos aberto/fechado. 2. Barramentos de Campo Proprietários ou Abertos Comunicação - 31,25 KHZ com par de fios (barramento), níveis de tensão e corrente no barramento (casamento de impedância, reflexão de ondas eletromagnéticas, atenuação, ruído). 2.2.Critérios de alimentação - Segurança intrínseca, áreas classificadas Mensagens - estrutura e tamanho, para atender aos requisitos de tempo dos processos industriais milisegundos ). ( HSE 10/100 Megabits/s). Macrocycle.

3 Redes de Comunicação Visão Geral e Conceituação Cada Tecnologia a seu tempo e com sua função 3. Protocolos Seriais Comunicações Remotas, 100Km ou o limite do link de comunicação. 4. Protocolos TCP/IP Rede Mundial VPN, VLAN, SNMP, DNS, DHCP, PPP, NAT, SOA, HTTP, WEB Services, XML, SOAP. 5. Ethernet Industrial Tecnologia TCP/IP. Requisitos de hardware. Determinismo. Redes Privativas isoladas ou com Servidor NAT/Firewall. 6. OPC Interoperabilidade, conectividade aberta, entre Automação Industrial e os Sistemas Empresariais. Conjunto de padrões para interface entre softwares.

4 OPC Data Access Baseado nos modelos COM / DCOM da Microsoft COM Component Object Model (acesso local) DCOM Distributed Component Object Model (acesso remoto) Arquitetura cliente / servidor consumidores de dados (mestre) clientes fontes de dados (escravo) - servidores Fundação OPC define as funções básicas para o acesso a dados MB - 03/05/2007 OPC Data Access - rev 0 4

5 Aplicaçõe MES e/ou HMI (OPC Client) Arquitetura OPC Data Access OPC Server Software App faz link entre OPC Client(s) e dispositivos PLC Libera o MES ou HMI da inclusão dos drivers. OPC possui todos os drivers. Mensagem Proprietária OPC Data Access PLC Vários Protocolos DNP3 Profibus Foundation Modbus DeviceNet IEC Proprietários

6 Tradicional OPC - DA Novo OPC - UA OPC DA Ole for Process Control Data Access. OLE Object Linking and Embeding. Baseado na tecnologia COM/DCOM Microsoft. Conceito Tradicional, hoje em operação. Microsoft tirou a ênfase do COM/DCOM. OPC UA OPen Connectivity Unified Architecture. Junho 2006 Independente Microsoft. Usa conceito de Web Interfaces, ports, firewalls. SOA Service Oriented Architecture. Tecnologia de fácil implentação XML. Dispositivos embarcados.

7 A História do OPC A força tarefa do OPC no ISA Show de 1995 em New Orleans. Fisher-Rosemount (Emerson Process Management), Intellution (GE Fanuc), Intuitive Technology (Axeda), OPTO 22 e Rockwell Software. Microsoft como um suporte e consultoria. Draft da especificação OPC lançada em dezembro de 1995 Uma segunda versão draft foi lançada em março de 1996

8 A História do OPC OPC versão 1.0 lançada em agosto de Versão corrigida (1.0A) da especificação Data Access surgiu em OPC Foundation Fundação OPC no ISA Show de 1996 em Chicago Produtos comerciais baseados em OPC no final de Em meados de 1998, uma variedade de produtos.

9 A História do OPC OPC Data Access 2.0 foi publicado no final de 1998 Publicação da especificação da interface para Alarmes e Eventos 1.0 em , especificações de interfaces HDA (Historical Data Access), o Batch e o Security. Testes de conformidade e certificação do OPC para os servidores OPC Data Access, Testes estendidos para os servidores de Alarms & Events. 2001, lançado a especificação da interface de automação HDA (Historical Data Access) e a especificação da interface customizada Batch versão 2.0.

10 Tecnologia de Objetos Padrão para diferentes fornecedores em uma mesma plataforma Microsoft. OLE década 90 - Exemplo Control C / Control V. São Objetos dentro da mesma aplicação e na mesma máquina Ex: Word. Linking Objetos Conectados Copiar no Excel e colar no Word. Na mesma máquina. No mesmo sistema operacional. Embeding Objetos embarcados. Passar objetos entre aplicativos criados por programadores diferentes OLE é um padrão Microsoft.

11 Tecnologia de Objetos Padrão para diferentes fornecedores em uma mesma plataforma Microsoft. COM Component Object Model Distribuir objetos na rede. Mas restrito aos programadores da Microsoft. Empresas independentes acusam Microsoft de monopolizar mercado. DCOM Arquitetura aberta, para fazer software compatível Microsoft. Agora fornecedores independentes poderiam fornecer produtos para o Windows. GUID Global Unique Identifier. Microsoft. Painel de /Ferramentas Administrativas/Serviços de Componentes. DLL Dynamic Link Library Um programa em C, linka todas as funções da biblioteca. Fica muito grande. A idéia é não carregar a biblioteca. Só linkar quando usa.

12 OPC - especificação OPC Data Access: Transferência de dados em tempo-real entre PLCs, DCSs e outros dispositivos para HMIs. Incorpora o esquema XML-DA. OPC Alarms & Events: Objetos para sinalização de alarmes e eventos, ações de operadores, mensagens e auditoria. OPC Batch: Interface entre equipamentos de processamento em lote. OPC Data exchange: Permite a real interoperação entre sistemas Cliente/Servidor e Servidor/Servidor na rede Ethernet Industrial. OPC Historical Data Access: Acesso aos dados armazenados como nos dataloggers e sistema SCADA. OPC Security : Especificação de como o cliente acessa os servidores. OPC XML-DA : Regras e formatos consistentes com XML e SOAP(simple object access protocol).

13 O quê o OPC disponibiliza? Alarmes sobre dados de sensores - temp, pressão, vazão Alarmes sobre parâmetros de controle - aberto, fechado, executando, parado Atualizações de informações de estado Estado da conexão Estado do Software local e do subsistema Término de seqüência em lote Apresentação de qualquer dado disponibilizado Sensor Alarms Comm Status Interfaces OPC System Performance OS Statistics

14 Modelo de Objetos Lógico OPC/COM Interfaces OPCServer OPCGroup OPCGroup OPCGroup(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s) OPCItem(s)

15 Modelo Lógico de Grupo OPC Group XYZ OPC Item OPC Item OPC Item OPC Item OPC Item

16 Modelo Lógico de Item O Item é um objeto específico do sistema e independente do OPC OPC Server OPC Groups... OPC Item OPC Item OPC Item OPC Item OPC Item The Real data sub-system (e.g. SCADA or DCS System) FIC101 TIC101 FIC102 TIC102 FIC103 TIC103 FIC104 FIC105...

17 Interfaces do Servidor O servidor é um objeto COM que fornece: IOPCCommon IOPCEventServer IConnectionPointContainer OPCServer

18 Sobre as Aplicações Aplicações solicitam itens de Dados (Tags) Diferentes conjuntos de itens de Dados Diferentes tempos Diferentes tempos de resposta e resolução Independência da estrutura de Dados

19 Parametrização da Comunicação Estado Ativo- Atributo de Grupo e Item. O cliente pode Setar ou Desetar. O servidor ativa ou para de ler o item. Cache / Device Estabelece de onde o dado deve ser extraído. Atributos para Subscription: Enable / Disable O cliente pode controlar o envio de dados Dead band Especifica a mínima variação para ativar a mensagem OnDataChange. Aplicado ao grupo em porcentagem. Se 0 -> ativo por qualquer variação Update Rate Taxa de atualização para verificação de limites, mas não reflete na mesma taxa para o OnDataChange. Se for 0, notificado se nova informação está disponível.

20 Exemplo de interação 1 Leitura síncrona: Um Cliente se conecta ao Servidor O Cliente adiciona um objeto Grupo OPC com atributos apropriados O Cliente adiciona um objeto Item OPC O Cliente envia uma solicitação de leitura síncrona (Cache ou Dispositivo) para um ou vários itens O servidor retorna o valor do Item OPC solicitado

21 Exemplo de interação 2 Leitura Assíncrona: Um Cliente se conecta ao Servidor O Cliente adiciona um objeto Grupo OPC com atributos apropriados O Cliente adiciona um objeto Item OPC O Cliente adiciona uma conexão callback O Cliente envia uma solicitação de leitura assíncrona (Cache ou Dispositivo) para um ou vários itens O servidor retorna o valor do Item OPC solicitado

22 Exemplo de interação 3 Subscription (Assinatura): Um Cliente se conecta ao Servidor O Cliente adiciona um objeto Grupo OPC com atributos apropriados de Habilitado, Ativo, Taxa de Atualização e Banda Morta O Cliente adiciona um objeto Item OPC O Cliente adiciona uma conexão callback O servidor envia os itens que tiveram variação significativa O servidor aguarda o tempo da taxa de atualização O servidor envia os itens que tiveram variação significativa

23 Características do A&E OPC Alarms and Events é um objeto separado e distinto que complementa outros objetos OPC Baseado no método de Subscription ou Assinatura Tipos de Eventos Simples, Acompanhamento, Condição (Alarme) Condições Único estado, Múltiplos estados

24 Modelo de Objeto Lógico Custom Interfaces OPCServer Subscription Subscription Subscription Conditions and Events...

25 OPC - Unified Architecture Microsoft tirou o foco do COM / DCOM, em favor da Arquitetura Orientada a Serviços (SOA) e Web Services, que são independentes de plataforma (sistema operacional). Fornecedores querem implementar OPC em sistemas independentes da Microsoft. Dispositivos embarcados OPC..

26 OPC - Unified Architecture OPC UA OPen Connectivity Unified Architecture. Junho 2006 Independente Microsoft. Usa conceito de Web Interfaces, ports, firewalls. SOA Service Oriented Architecture. Tecnologia de fácil implentação XML. Dispositivos embarcados.

27 Desafios atuais para integração Muitos protocolos incompatíveis. Configuração e manutenção complexas Ilhas de automação Infraestrutura rígida Vulnerabilidade a falhas de sistemas e redes Fraca segurança

28 OPC Unified Architecture OPC-UA (OPC Unified Architecture) extende protocolo de comunicação OPC, permitindo aquisição de dados e modelamento da informação/comunicação entre o chão de fábrica e a empresa.

29 OPC Unified Architecture Web Services / XML. Fácil configuração e manutenção. Aumenta a visibilidade. Abrangência mais larga. Confiabilidade. Segurança. Performance. Neutralidade de Plataforma.

30 Fazendo a Rede mais segura Fabricantes implementam Usuários exigem Autenticação Dispositivos autorizados autenticam uns aos outros, trocando chaves equivalente da password. Gateway pode autenticar novos dispositivos que entram na rede. Verificação da integridade equivalente ao checksum. Etiqueta de tempo evita ataques de replays. Criptografia AES Advanced Encryption Standard, XTEA Extended Tiny Encryption Algorithm.

31 Fazendo a Rede mais segura Fabricantes implementam Usuários exigem Gerenciamento de chaves Nível 1 por fabricantes não recomendado. Nível 2 todos dispsitivos da rede tem a mesma chave. Mudar constantemente Atende a maioria dos casos. Nível 3 chave diferente para cada par de dispositivos. A complexidade de manutenção aumenta sensívelmente a cada nível.

32 Alarmes e Eventos Alarms and Events The OPC Alarms and Events specification is intended for use with process automation systems that generate alarms and events. An OPC Alarms and Events server is written to expose the alarms and events present in thesystem. The OPC Alarms and Events server does not create the alarms and events, it only reports the alarms and events previously defined in the system using a common communication interface. Once defined, the alarms and events in the system are automatically generated, based on the operating conditions and actions performed in the process plant.

33 Performance OPC Server performance is particularly impressive in that a P233 server was able to supply nearly 20,000 values per second to 4 clients with only 10% CPU load. We were also impressed by the fact that OPC and DCOM were able to provide 300+ transactions per second for the single item requests. This implies that small, simple, non-optimized applications as might be created for a specific task can also be used effectively with OPC.