OPC UA

🤔공부하는 이유

이번에 데이터 수집 및 저장을 위한 서버를 구축하는 업무에 참여하게 되었는데, 내가 이쪽을 잘 모른다..

데이터 분석 기술은 계속해서 발전해가고 있으며, 데이터만 존재한다면 무엇이든 할 수 있는 상황이다. 

하지만, 데이터가 없다면? 즉 IoT 중 IT 가 아닌 OT 가 준비되어 있지 않다면 아무것도 할 수가 없다. 

따라서 데이터를 정해진 틀에 맞추어 올바르게 받아오고 저장하는 첫 단계가 매우 중요하다. 

이 매우 중요한 단계를 위해 통신을 공부하게 되었다. 

OPC UA의 경우 우리 회사의 역할과는 상관이 없다 (우리 회사는 DDS 통신을 사용할 것이다.)

그러나 센서 데이터를 수집하는 업체에서 사용하는 방식이 OPC UA라고 해서 이 참에 같이 공부해보고자 한다. 

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💡인공지능, 클라우드 등 새로운 IT 기술을 생산 현장에 적용하기 위해서는 기본적으로 생산 장비 및 시설을 네트워크로 연결하고, 데이터를 수집할 수 있는 인프라가 구축되어야 한다.  

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OPC(OLE for Process Control) 등장 배경

1996년 , OPC협회는  PLC 특정 프로토콜(Modbus,Profibus 등)을 추상화해 HMI/SCADA와 상호작용할 수 있도록 표준 인터페이스(OPC) 발표하였다. 

OPC는 Microsoft사의 OLE 기술을 기반으로 개발되었고, 발표 후 제조 분야는 물론 건물 자동화, 에너지, 유틸리티 등 여러 산업에 광범위하게 채택 되었다

하지만, OLE 기술에 기반한 OPC는 초기에  Windows OS에 제한되었고, 보안 설정의 어려움과 성능의 문제로 확산에 어려움이 있었다.  당시 제조현장의 대부분이  PLC인 상황에서 OPC를 지원하는 PLC는 거의 없었으며, 기존 PLC와 OPC 통신을 구축하기 위해 별도의 미들웨어를 구축해야하는 비용부담도 발생하였다. 

OPC UA(United Architecture)

2006년, 협회는 기존 OPC의 문제를 개선하고, 시스템에 독립적인 OPC UA version 1.0을 발표하였다. 
▶ Microsoft에 종속적인 기술(OLE)에서 벗어나 표준기술을 적용. 이를 통해 소프트웨어 측면에서 독립성만이 아니라 하드웨어에 대해서도 독립적인 플랫폼을 구성할 수 있게 됨

많은 제조사들이 자사의 PLC에 OPC UA를 기본적으로 지원하고 있다. 사용자는 PLC와 통신하기 위한 별도의 미들웨어와를 구축하지 않아도 되며, PLC에 종속적인 기술로 네트워크를 구성하지 않아도 되게 되었다. 

 성능

산업용 이더넷은 대부분은 통신을 위한 카드를 설치해야 하고, 기본적인 이더넷 통신을 사용하기 위한 설정을해주어야 하지만, OPC UA는 일반적인 이더넷 카드와 회선을 통해 산업용 이더넷에 버금가는 성능을 구현할 수 있다.
( 산업용 이더넷(PowerLink, EtherCAT) 은 제어 목적의 데이터 신뢰성과 속도가 중요)

OPC UA 구조   

 기본적으로 Client, Server 구조를 가진다. 

Server :  센서 및 제어기 같은 정보 제공자
Client : 측정 시스템이나 HMI/SCADA 시스템과 같은 정보 소비자

Server, Client 모두 동일한 OPC UA Stack 을 가지며, 역할에 따라 SDK 제공. → 사용자가 Application 개발 가능

IEC61131-3

많은 PLC 제조사가 PLCOpen에 가입하여 IEC61131-3 언어를 지원하는 PLC 제품을 개발 판매하고 있다. 

OPC협회는 PLCOpen과 협업을 통해 OPC UA 데이터와 PLC의 데이터를 연결할 수 있는 표준을 정했다.
▶ 사용자는 PLC 내부 데이터를 연결하기 위해 별도의 설정이나 작업 없이 이더넷 케이블을 연결하고, 검색만으로 PLC 내부 데이터를 확인하고 사용할 수 있게 되었다. 

마무리 

처음 OPC는 PLC에 데이터를 HMI/SCADA 시스템에 가져오기 위한 목적으로 개발되었다.

하지만 현재의 OPC UA 는 새로운 이더넷 기술을 적용해 산업용 이더넷을 대체하고, 제어용 데이터 전송까지 담당하고 있다. 

OPC UA는 산업용 이더넷과  달리 물리적인 이더넷의 성능에 따라 스펙이 달라지지 않는다. 
(현재 대부분의 이더넷은 기가바이트 단위의 데이터를 전송할 수 있지만, EtherCAT 및 대부분의 산업용 이더넷은 메가바이트 단위에서 스펙 업그레이드 멈춤)

참고 자료 : IIoT 통신을위한 표준 솔루션 "OPC UA" 

참고사이트

어떤분께서 정리를 잘해주셨다... 여기보고 다시 공부해야지

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