OPC-UA

 한글 / EN
1. OPC-UA 소개

1.1. OPC-UA 필요성

  첫 번째로 여전히 가장 성공적인 기존 OPC 표준인 OPC DA(Data Access)는 자동화 장치에서 데이터에 표준화 된 Read 및 Write를 사용하며, 통신 드라이버 인터페이스로 설계 되었습니다.
  주요 사용 사례는 하드웨어 공급 업체에서 제공 된 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 다른 공급업체의 다른 종류의 자동화 하드웨어 및 장치에서 데이터를 액세스하는 SCADA 시스템과 HMI가 있습니다. 이후에 OPC Alarm 및 Event를 따르는 표준들과 OPC Historical Data Access는 SCADA 시스템에 의해 제공된 접근 정보에 의해 추가 설계 되었습니다.

  수천 개의 제품에 대한 OPC의 성공적인 적용으로 인해, 오늘날 OPC는 자동화 피라미드의 다양한 계층에 존재하는 자동화 시스템 사이에서 표준화 된 인터페이스로 사용되고 있습니다. OPC는 DCOM을 사용한 원격 접근의 한계와 OPC에 대한 COM 의존성 때문에 이용하기 어려운 측면이 있지만, OPC와 같은 표준을 사용하길 원하는 제조사가 많기 때문에, 초기에는 의도하지 않았던 다양한 영역에서 사용되고 있습니다.
  그러나 플랫폼 독립성의 문제 외에도, OPC 회원 회사들은 기존 OPC의 한계를 제거하고 복잡한 시스템과 데이터를 공유하기 위한 요구사항을 이끌어 내었습니다. OPC  UA(Unified Archtecture:통합 아키텍처)는 기능 및 성능 손실 없이 기존의 COM기반의 사양에 대한 대안을 만들고 싶은 요구로 탄생 되었습니다. OPC UA는 복잡한 시스템을 설명할 수 있는 확장 가능한 모델링 기능으로 인터페이스 시스템에 의존하는 플랫폼에 대한 모든 요구사항을 수용하는 중립적인 통신 인프라 플랫폼과 공급업체에서 사용됩니다. OPC가 사용되는 넓은 범위의 애플리케이션은  임베디드 시스템인 SCADA및 DCS부터 MES 및 ERP 시스템까지의 확장성을 요구합니다. OPC UA의 가장 중요한 요구사항은 표 1에 나열되어 있습니다. 본 요구사항은 이용 가능한 정보와 데이터 모델링에 대한 요구사항 및 정보교환이 가능한 시스템이 구분 된 통신에 대해 하나로 그룹화 시킬 수 있습니다.

  초기 OPC는 인터페이스 장치 드라이버로 설계되었지만, 현재 OPC는 시스템 인터페이스로 사용됩니다; 그러므로, 분산된 시스템 사이에서 통신 신뢰성은 매우 중요 합니다. 네트워크 통신은 신뢰성이 부족할 수 있기 때문에  fault tolerance, robustness, 고가용성을 위한 redundancy가 매우 중요하게 요구됩니다. 그리고 다양한 플랫폼에서 구동되는 시스템에 직접 OPC 인터페이스를 통합하기 위해서는 플랫폼 독립성과 확장성이 필요합니다. 인트라넷 환경에서의 high-performance 보장은 proprietary 통신들을 대체하기 위하여 요구되는 중요한 사항입니다. 하지만 방화벽을 통한 인터넷 통신 또한 또 다른 중요 요구 사항인 접근 제어 및 보안성을 충족시키기 위해 독창적인 방법을 고려해야할 부분입니다. 
  무엇보다도 다른 공급업체의 시스템간 상호 운용성은 여전히 가장 중요한 요구 사항입니다.

Table 1 Requirements for OPC UA 


  데이터 모델링은 기존 OPC에서 매우 제한적 이였으며, 모든 OPC 데이터에 대한 object-oriented 모델 및 제공되는 공통사항은 강화될 필요가 있습니다. 본 모델은 메타 정보를 제공할 수 있으며 또한 복잡한 시스템을 설명 할 수 있는 확장 가능한 타입의 시스템을 포함합니다. 클라이언트에 의해 호출되고 서버에 의해 제공되는 방법은 OPC를 유연하고 확장하는데 필요한 강력한 기능을 가지고 있습니다. 복잡한 데이터는 복잡한 데이터의 구조의 설명과 지속적인 전송에 대해 지원하도록 요구됩니다. 모델링의 기능을 향상시키는 것은 중요한 요구 조건이지만, 간단한 개념의 모델을 지원하는 것 또한 중요합니다. 이러한 이유로, 확장 가능한 기본 모델은 간단한 모델부터 복잡한 모델까지 확장이 가능하지만 추상적이고 간단함이 요구 되어집니다.

  새로운 OPC 생성에 대한 기능적인 요구사항에 추가로, OPC 통합 아키텍쳐에 대한 사용 사례와 요구사항을 정의하는 40명 이상의 대표자로 구성 된 초기 그룹은 OPC의 멤버로만 구성되지 않았습니다. 정보에 대한 전송 메커니즘으로 OPC를 사용하는데  관심 있는 IEC 및 ISA와 같은 다른 표준 단체들은 초기 설계 과정에 포함되어 있습니다. OPC 재단 단체는 데이터를 전송하고 설명하는 방법을 정의하며, 공동 단체는 그들의 정보 모델을 전송하고 그들이 원하는 설명이 무엇인지 정의합니다. 
  또 다른 중요 설계 목표는 OPC 기반에서 대규모로 구축하며 성공적인 기존 OPC 표준에 대한 투자를 보호하기 위해 OPC 통합 아키텍쳐에 쉽게 전환할 수 있도록 하는 것입니다. 


1.2. OPC-UA 개요
 

Fig. 1 The foundation of OPC UA

  OPC-UA의 통합 아키텍처의 기본 구성요소는 그림 1과 같이 전송 메커니즘과 데이터 모델링으로 구성됩니다. OPC의 데이터 전송은 서로 다른 유즈 케이스를 최적화하기 위한 다양한 메커니즘을 정의하고 있습니다. OPC-UA는 고성능의 인트라넷 통신뿐만 아니라 보안에 유리한 인터넷 통신 표준(웹 서비스, XML, HTTP)을 적용하기 위한 맵핑을 정의하였으며, 이에 대하여 최적화되어 있다. 이 두 가지 전송은 동일한 보안 모델을 사용하고 있습니다. 

  데이터 모델은 OPC UA의 정보 모델을 표현하는데 필요한 규칙을 정의하고 있으며, 어드레스 엔트리 포인트와 계층 타입을 만들기 위해 사용되는 기본적인 사항을 정의하고 있습니다. 
  UA 서비스는 정보 모델을 제공하는 서버와 정보 모델을 제공받는 클라이언트의 인터페이스 역할을 수행하며 계층 구조를 구축하기 위해 사용되는 기본 유형과 주소 공간의 엔트리를 정의합니다. 이러한 UA 서비스는 클라이언트와 서버 간의 데이터를 교환하는 메커니즘으로 사용됩니다. 
  OPC-UA의 기본적인 개념은 복잡한 시스템 모델 전체를 이해할 필요 없이 OPC-UA가 시스템의 가장 작은 부분에 접근이 가능하도록 합니다. 또한 OPC-UA의 특정 모델은 특별한 도메인이나 유즈 케이스에서 더욱 향상된 성능을 보일 수 있습니다. 그림 2는 OPC, 다른 기관(IEC, EDDL, FDT PLCopen 등) 및 공급 업체가 정의하고 있는 각기 다른 정보 모델 계층을 보여주고 있습니다.


Fig. 2 OPC UA layered architecture

기존에 개발된 OPC의 특성을 살리기 위해 기존에 개발된 기본적인 기능 위에 OPC-UA는 프로세스 정보 도메인을 위한 정보 모델을 정의하였다. 다음은 OPC-UA 아키텍처 구조에 대한 상세 설명입니다. 
  • DA : 아날로그 데이터나 이산 데이터의 모텔링 혹은 서비스의 질을 표현하는 Automation-data-specific을 정의하고 있습니다. 
  • Alarm & Condition(AC) : 프로세스 알람 관리 및 상태 모니터링에 대한 내용을 정의하고 있습니다.
  • Historical Access(HA) : Historical data와 Historical Event에 액세스하는 메커니즘을 정의하고 있습니다.
  • Programs(Prog) : 프로그램의 시작, 조작 및 모니터링 하는 메커니즘을 정의하고 있습니다. 
다른 기관의 모델을 사용할 때에는 UA Base 혹은 OPC 정보 모델 위에 그들의 모델을 구축하여 OPC-UA를 통해 정보를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 이미 OPC-UA의 맵핑 작업을 실시한 표준으로는 Field Device Integration (FDI) combining Electronic Device Description Language (EDDL), and Field Device Tool (FDT)이 있습니다. 
공급 업체가 추가하는 특정 정보 모델의 경우, UA Base, OPC Model 혹은 OPC-UA 기반의 정보 모델을 직접 지정할 수 있습니다.

Comments