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“Pourquoi l’OPC UA va révolutionner l’automatisation industrielle”

Publié le 16 décembre 2019 à 12:18 par François Gauthier        Middleware Paessler

L'Embarqué Tribune

[TRIBUNE de Fabien Pereira Vaz, PAESSLER] Progressivement adoptée en France, la technologie normalisée OPC UA est devenue un langage commun indispensable pour répondre aux besoins de l’IoT et permettre d’accélérer vers l’industrie 4.0. En raison de son développement mené par la fondation OPC et de sa forte adoption par les fabricants, OPC UA représente actuellement de facto le standard de communication le plus répandu, toutes plates-formes confondues, pour assurer l'interopérabilité et l'échange d'informations entre machines et systèmes. Explications de Fabien Pereira Vaz, Technical Sales Manager, chez Paessler. .

Aujourd’hui, l’expression “usine intelligente” est inévitablement liée à la notion de communication Machine-to-Machine (M2M). L’objectif de celle-ci est de collecter des données entre machines industrielles pour un traitement et une analyse avancés. Des tâches telles que la maintenance prédictive ou l’optimisation de l’utilisation des machines dans un environnement de production deviennent ainsi réalisables. La communication M2M repose traditionnellement sur une technologie de bus de terrain, avec des protocoles classiques et matures tels que Profibus ou Modbus RTU, largement utilisés dans les mises en place de réseaux depuis de nombreuses années.

Quant aux technologies de type “Ethernet Industriel”, plus récentes, les plus connues sont Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet ou EtherCAT. En 2019, ces protocoles industriels fondés sur Ethernet représentent une part de marché mondiale d’environ 59%, avec une croissance annuelle de 20%, à comparer avec les 35% de part de marché des technologies de bus de terrain qui voient cette année, pour la première fois, leur marché diminuer de 5%.

En parallèle, la diffusion croissante de la norme de communication mobile 5G va favoriser le développement des communications M2M, en éliminant la mise en réseau physique de machines, ainsi que l’intégration de machines physiquement délocalisées. Une croissance significative de 30% par an dans le domaine des communications sans fil (WLAN, LPWAN, Bluetooth) et une part de marché de 6% dans le monde signalent un important gisement de nouveaux usages potentiels.

L’enjeu pour l’industrie est que tous les composants indispensables à l’automatisation prennent en charge à la fois les protocoles de bus de terrain et les protocoles Ethernet Industriels mais aussi les protocoles classiques TCP/IP mis en œuvre dans les systèmes IT. Comment dès lors répondre aux exigences des usines intelligentes, autrement dit l’industrie 4.0, avec une telle hétérogénéité de technologies qui fonctionnent sur le terrain ?

La quête d’une solution tout-en-un : l’OPC UA !

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) est une architecture globale assurant l'échange d'informations entre composants et équipements issus de divers fournisseurs. Déjà présente à l’heure actuelle dans nombre de projets industriels, elle va, à l’avenir, se développer considérablement car elle représente bien plus qu’un simple standard de communication en temps réel pour l’automatisation : il s’agit d’une architecture orientée service (SOA, Service Oriented Architecture) fondée sur un réseau IP compatible IPv4 et IPv6.

OPC UA est une architecture flexible dans sa mise en œuvre, évolutive, extensible à volonté et surtout indépendante des supports physiques et des protocoles de transport, ce qui représente un avantage décisif par rapport à d’autres protocoles de données IoT.

Le standard Pub/Sub assure la communication jusqu’au capteur

La fondation OPC est également à l’origine de la publication du standard Publish/Subscribe (souvent nommé Pub/Sub) en tant qu’extension du standard de communication intégré à la technologie OPC UA existante. Ce standard permet de déployer OPC UA au plus bas niveau de la production industrielle pour les contrôleurs, les capteurs et les systèmes embarqués nécessitant une communication optimisée, associée à de faibles temps de latence (avec la notion de déterminisme sous-jacente).

Une application OPC UA peut donc être soit serveur, soit client, mais aussi “Publisher” ou “Subscriber” avec une fonction dite de découverte pour permettre à l'utilisateur de repérer facilement les serveurs OPC UA disponibles et leurs services associés. Le standard Pub/Sub permet également l'utilisation d'OPC UA dans des environnements cloud ou multicloud impliquant des protocoles tels que MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) et AMQP (Advanced Message Queuing Protocol). Un cas d’usage classique consiste en plusieurs expéditeurs qui communiquent avec un destinataire unique, comme par exemple lors de l’utilisation d’un service de supervision dans le cloud.

Dans ce contexte, OPC UA présente un avantage déterminant, à savoir la sécurité de bout en bout et la modélisation standardisée de données. A ce sujet, pour ces environnements industriels où la sécurité est un critère essentiel pour la transmission des données et la mise en œuvre de nouvelles technologies, les membres de la fondation OPC ont uni leur expertise au sein d’un groupe de travail spécifique consacré à la sécurité. Ce groupe de travail a publié un livre blanc sur les mesures et bonnes pratiques de sécurité lors de la création et l’installation d'applications OPC UA.

Une nouvelle norme de communication, la DIN SPEC 92222

La norme DIN SPEC 92222 (Reference Model for Industrial Cloud Federation) d’origine allemande est un modèle de référence pour la communication uniforme entre l'équipement de terrain et l’application dans le cloud fondée sur la technologie OPC UA. Des entreprises telles IBM, Microsoft, Fujitsu, Bosch ou encore l’institut de recherche Fraunhofer sont impliquées dans son développement. Dans la perspective d’une telle communication cohérente et standardisée, le nombre de technologies, normes et standards doit être minimal. Des interfaces unifiées de transferts entre clouds dans le cadre d’une infrastructure multicloud deviennent alors un prérequis.

Dans le cadre d'une phase de maturation, il s’agit aussi de déterminer quels protocoles de transferts sont utilisés par quelle application. Car une implantation spécifique implique par exemple la configuration et la mise à disposition des composants requis (relais ou routeurs) et les spécifications nécessaires pour une authentification et une autorisation uniformes.

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