IIoTソリューションでOPC UAを活用する

従来のサービスとクラウドベースのサービス間でデータを交換する場合、データの相互運用性とセキュリティについて懸念されることがよくあります。OPCは、よく知られたソリューションとして、すでに産業用アプリケーションで使われており、簡単で素早く実装が可能ですが、限界もあります。

OPC UA（ユニファイド・アーキテクチャ）は、自動化プロセスとITの間の情報交換を大幅に改善し、あらゆるプラットフォームの使用を可能にし、多くの産業アプリケーションにさらなるスケーラビリティを提供するものとして生まれました。

IIoTアプリケーションでは、OPC UAを使用したデータ交換は多くのメリットをもたらします。本日は、その仕組みについてご紹介します。日々の業務に大いに役立つと思います。

では、技術的な詳細について説明します。

OPC UAとは？

2008年に発表されたOPC UAプロトコルは、デジタルシステム間の相互運用性を保証する主要な方法のひとつとなりました。このソリューションは、IoTコンセプト、インダストリー4.0などに完全に対応しています。

関連するポイントとしては、OPC UAはOPC Classicとその全機能に完全な互換性があることです。しかし、OPC ClassicはWindowsシステムでのみ動作しますが、OPC UAはApple、Android、Linux、Windowsなどで動作します。ずいぶん幅広いですね。

ClassicとUAは、ローカルやネットワーク上のサーバーを見つける、データを階層的に表現する、アクセス権限に基づいて読み書きを行うなど、同等の機能がいくつかあります。

また、OPC UAは、従来のコンピューター、プログラマブルロジックコントローラー、マイクロコントローラー、クラウドサーバーなど様々なハードウェアと互換性があります。

OPC UAにおけるメッセージのフォーマットとセキュリティ

次に、OPC UAにおけるメッセージ交換について、デバイスレベルおよびそれ以上のレベルで見ていきましょう。メッセージはバイナリUAとXMLの2つのフォーマットを使用し、これらのフォーマットによってメッセージのエンコードとデコードが規定されています。

機器レベルではバイナリUAの方が一般的ですが、これは消費電力が少なく、高性能を実現するための速度が確保されるからです。バイナリUAは、効率的な符号化・復号化を考慮し、データの大きさを考慮して設計されています。

XMLは高度な情報交換に使われます。OPC UAプロトコルを使用するクライアントはこれらの情報を解釈することができ、XMLはデータをシリアライズ、デシリアライズする計算能力を持ち、バイナリよりも強力なデータ交換が可能です。

セキュリティに関しては、OPC ClassicではマイクロソフトのCOMとDCOMプロトコルに割り当てられています。しかし、OPC UAはPKI（公開鍵基盤）と独自のx.509業界標準証明書を使用し、独自のセキュリティスキームを持っています。また、アドレス認証、暗号化、権限付与などの機能も備えています。

OPC UAプロトコル通信

OPC UAでは、クライアントとサーバー間の通信を定義するために、OPC TCPとSOAP/HTTP(s)の2種類のトランスポートプロトコルを使用します。

OPC TCPは専用プロトコルであるため、OPC UAを使用するクライアントのみが送信情報を読み取ることができます。通信はクライアントとサーバーの間を行き来し、バイナリ構造で安全にパッケージ化されます。

SOAPというプロトコルに包まれたメッセージは、HTTP(s)を介して伝送されます。TCPとは異なり、データの解釈の可能性が広がり、通常のブラウザでアクセスすることができます。産業分野ではこの規格が普及しています。

OPC UAの利点とIIoTでの使用方法

OPC UAプロトコルは、プラットフォーム間の相互運用性、セキュリティ、拡張性を実現します。インターネット上では、IIoTシステムの相互運用性を保証する鍵となるプロトコルとして、数多く議論されています。

実際、OPC UAによる通信は透過的であり、メーカー間の統合問題を劇的に緩和しています。今、メーカーはこのプロトコルですべての情報を利用できるように迫られています。

Netilion エコシステム - IIoT アーキテクチャー

OPC UAは、フィールドにある機器から関連するすべてのデータをもたらす、明確でわかりやすい統合方法を提供します。フィールド機器と直接接続するためにMQTT（メッセージキューイングテレメトリー伝送）も利用できる点も重要ですが、それは別の記事で紹介します。

JavaScript、JSON、シンプルなRESTをAPIとするOPC UA

IIoTの課題の1つは、収集したデータを分析して活用し、新たな洞察を得ることです。OPC-Foundationでは、OPC UAをAPIで応用した例を紹介しましたが、NetilionのようなIIoTサービスでも同じことができます。

Netilion Connectは、OPCサーバーをアドオンしたAPIベースの接続サービスなので、OPC UAクライアントとの接続がこれまで以上に簡単になります。OPC UAサーバーを使用することで、MESやSCADAなど他のソリューションにデータを統合することができます。

OPC UAサーバーは、クライアントアプリケーションの接続サービスとして、複数の利点を提供します。インストールが不要なため、すぐに利用できます。必要なのはインターネット接続だけで、必要なインフラはすでに用意されているため、初期費用はほとんどかかりません。メンテナンスのコストも同様です。

もちろん、データ収集は通常、プログラミングやJavaScriptでJSONを使用します。今後は徐々にITと自動化の重なりが拡大し、プログラミング言語も以前より一般的になっていくことでしょう。

そのため、今はプログラミング言語について学ぶ絶好の機会であり、ごく近い将来、プログラミング言語がどのように役立つかを知ることができるのです。もっと詳しく知りたい方は、ぜひご期待ください。

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