Utilizzo di OPC UA | Connettività industriale con KEPServerEX

Raggiungere l’efficienza operativa nei moderni processi automatizzati dipende da una comunicazione ottimizzata tra dispositivi, macchine e sistemi di livello superiore. Il panorama della moderna automazione industriale comprende un’ampia varietà di componenti, che costituiscono architetture di sistema complesse. Questo pone sfide significative al raggiungimento di flussi di dati ottimali.

Nel mio precedente articolo sull’integrazione machine-to-machine con OPC UA, abbiamo visto come OPC UA contribuisca a risolvere queste sfide fornendo uno standard unificato per l’interoperabilità, indipendente dalla piattaforma. In questo articolo approfondiremo la piattaforma di comunicazione di PTC, fornendo una panoramica del sistema KEPServerEX e del modo in cui sfrutta OPC UA per abilitare lo scambio di dati in tempo reale e creare soluzioni integrate verticalmente e orizzontalmente.

 

Figura 1. KEPServerEX è una piattaforma di connettività industriale molto conosciuta. Immagine utilizzata per gentile concessione di PTC

 

Storia di KEPServerEX

KEPServerEX è stato sviluppato per la prima volta da Kepware Technologies nel 1996, con l’obiettivo di essere uno dei primi software di comunicazione basati su OPC per applicazioni PLC e SCADA. Nei quindici anni successivi, l’utilizzo di KEPServerEX si è ampliato significativamente. Con la crescita delle dimensioni e della complessità dei sistemi di automazione, KEPServerEX ha continuato ad aggiungere nuovi driver per supportarli. Nel 2010, KEPServerEX ha introdotto per la prima volta il supporto per OPC UA (Unified Architecture), rispondendo alle nuove esigenze di sicurezza e interoperabilità.

Kepware Technologies è stata acquisita da Parametric Technology Corporation (PTC) nel 2016. PTC è nota soprattutto per ThingWorx, la sua piattaforma per l’Internet of Things (IoT). L’acquisizione e la successiva sinergia hanno ampliato notevolmente l’ambito di KEPServerEX, includendo Industry 4.0, IoT e connettività e analisi basate sul cloud, come Microsoft Azure e Amazon Web Services.

 

Figura 2. PTC ha acquisito Kepware Solutions nel 2016. Immagine utilizzata per gentile concessione di PTC

 

Panoramica di KEPServerEX

KEPServerEX supporta oltre 150 protocolli industriali, compreso il supporto completo a tutti gli standard OPC (OPC UA, OPC DA e OPC HDA). OPC DA (Data Access) è, in un certo senso, una versione semplificata di UA, incentrata su interfacce semplici che richiedono lo scambio di dati in tempo reale. OPC HDA (Historical Data Access) è specializzato nell’aggregazione e nell’analisi dei dati storici per la registrazione e il rilevamento delle tendenze. OPC UA, che abbiamo trattato nell’articolo precedente, è la piattaforma OPC più completa.

Altri protocolli diffusi supportati da KEPServerEX includono:

• Modbus (TCP e RTU)
• Siemens: PROFIBUS, PROFINET e S7
• CANopen e CAN Bus
• Ethernet/IP
• Allen-Bradley: DeviceNet e ControlNet
• Beckhoff: EtherCAT
• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

Supportando una gamma così ampia di protocolli, KEPServerEX offre molti degli stessi vantaggi di OPC UA, tra cui gestione unificata dei dati, indipendenza dal sistema e interoperabilità. Il solo supporto completo di OPC UA consente già di ottenere questi risultati.

 

Architettura tipica di un sistema che utilizza KEPServerEX

Esaminiamo innanzitutto l’aspetto di una tipica architettura di sistema, per comprendere meglio come KEPServerEX si inserisca in una rete industriale. Il primo passo consiste nel visualizzare il ruolo di KEPServerEX come gateway di comunicazione che governa il flusso di dati tra i dispositivi di campo (flusso orizzontale) e verso i sistemi a livello aziendale (flusso verticale).

L’immagine seguente mostra una rappresentazione di un’architettura di sistema che utilizza KEPServerEX. Descriviamo ciascuno dei livelli rappresentati nel diagramma.

 

Figura 3. L’architettura tipica di un sistema che utilizza KEPServerEX. Immagine utilizzata per gentile concessione di PTC

 

Il livello inferiore è “Origini dati”. Talvolta viene considerato il livello più basso della gerarchia, motivo per cui è noto anche come livello dei “Dispositivi di campo”. Tuttavia, se seguiamo la struttura stabilita nella piramide dell’automazione ISA-95, definire questo livello Dispositivi di campo non è del tutto corretto, poiché comprende anche PLC e database. Per visualizzare meglio questo concetto, dobbiamo passare dalla prospettiva dei sistemi organizzati gerarchicamente a quella di un gateway dati. In questo modo, è più facile vedere che il livello “Origini dati” include qualsiasi elemento in grado di fornire informazioni rilevanti sul sistema.

Il software KEPServerEX si trova nel livello intermedio, noto come livello “Gateway”. Il programma funge da hub centrale che aggrega i dati provenienti dalle origini e traduce diversi protocolli di comunicazione in un formato unificato, generalmente OPC UA. Un’altra caratteristica importante di KEPServerEX è la capacità di funzionare sia come server sia come client.

Oltre ad aggregare i dati, KEPServerEX è in grado di elaborarli prima di trasferirli al livello successivo. L’elaborazione dei dati contribuisce a ridurre il traffico di rete, inoltrando solo ciò che è necessario.

Il livello “Applicazioni” comprende sistemi di livello superiore come SCADA, sistemi di Enterprise Resource Planning (ERP), database e applicazioni di reporting. OPC UA consente la trasmissione sicura dei dati a più piattaforme che possono utilizzare tecnologie IoT e basate sul cloud. È più probabile che i dati vengano utilizzati a questo livello.

È importante ricordare, tuttavia, che sia nel livello Applicazioni sia nel livello Origini dati la comunicazione è bidirezionale. Ciò significa che a ogni punto di connessione può essere assegnata la capacità di inviare e/o ricevere informazioni, indipendentemente dal suo ambito principale nell’architettura.

Per esempio, un PLC collegato a un endpoint KEPServerEX può trasferire molteplici punti dati relativi alla macchina o al processo che controlla. Allo stesso tempo, lo stesso PLC può ricevere dati da altre macchine (controllate o meno da PLC) tramite il server Kepware. Questo è un modo per stabilire gli interblocchi tra macchine.

 

Figura 4. Un diagramma che mostra più PLC collegati a un server Kepware. Immagine utilizzata per gentile concessione di Control.com

 

KEPServerEX è un gateway di comunicazione essenziale, molto diffuso nella moderna automazione industriale. In questo articolo abbiamo fornito una panoramica della piattaforma, descrivendo l’aspetto di una tipica architettura di sistema. Nel prossimo articolo approfondiremo le funzioni più importanti di KEPServerEX.