Perché OPC UA è stato adottato come lo standard IoT per l’Industria 4.0?

Internet è ormai onnipresente, ma sebbene Ethernet consenta agli oggetti (Things) di “raggiungersi” a vicenda, per essere utili hanno bisogno di un linguaggio comune per comunicare in modo significativo. L’acronimo OPC sta per Open Platform Communications. OPC è uno standard di interoperabilità che consente uno scambio dati sicuro e affidabile nell’ambito dell’automazione industriale ed altri settori. OPC è una piattaforma completamente indipendente che permette lo scambio dati senza ostacoli, tra più dispositivi di diversi fornitori. OPC UA è uno standard aperto che non dipende né si lega a tecnologie proprietarie o a singoli costruttori. Pertanto, tutte le comunicazioni OPC UA sono indipendenti al 100 % dai fornitori che le implementano, dai linguaggi di programmazione utilizzati sui dispositivi e dalle piattaforme su cui girano i prodotti. È scalabile dal sensore al cloud. 

OPC UA lavora secondo il principio client/server e non solo.

Per lo scambio dati tra client e server è stato scelto TCP/IP, il protocollo di rete più diffuso al mondo ed Ethernet come standard per il livello fisico. A differenza da alti bus di campo un Server può accettare richiesta da uno o più Client.

OPC UA distingue tra tre varianti di trasmissione:

Quali tipo di dati sono scambiati mediante OPC?

• Dati in tempo reale
• Dati storici (log)
• Eventi ed allarmi

Retrofit per macchine che non supportano OPC UA

Industria 4.0 e IoT acquisiscono sempre più importanza nel contesto produttivo, per riunire dati di processo di componenti di diversi produttori in modo uniforme nel contesto industriale a livello di controllo. Ma molti controlli, CNC e macchine non dispongono della connettività di rete necessaria. Per le macchine più vecchie vengono in genere segnalati stati operativi semplicemente mediante contatti. Con i Web-IO è possibile monitorare e rilevare tali contatti attraverso il server OPC UA integrato del livello di controllo e qui ulteriormente elaborati.

I segnali elettrici a 24V cc sono da decenni lo standard per i circuiti di controllo industriali comprendenti PLC, sensori, contatti ed attuatori. Lo specifico valore di 24Vdc è emerso come standard de facto a partire dagli anni 50, a scapito di altri livelli di tensione come 115Vac e 24Vac, per una somma di diverse motivazioni tecniche che andiamo ad elencare, ed anche per l’uso di tale tensione su apparecchiature e mezzi aero-navali militari.

Motivazioni Tecniche

Immunità ai disturbi: i segnali a 24 V dc sono relativamente immuni ai disturbi elettrici e alle interferenze che si verificano comunemente negli ambienti industriali dove sono presenti motori elettrici e commutazione di carichi elettrici che generano interferenze elettriche . Ciò rende i segnali più stabili e affidabili, ad esempio rispetto ai segnali 5V, migliorando l’affidabilità del sistema di controllo.

Sicurezza: 24 VDC è un livello di tensione sicuro. Fornisce una tensione sufficiente per alimentare sensori, attuatori e altri dispositivi senza comportare rischi elettrici per l’uomo. Tensioni più elevate potrebbero essere pericolose in caso di contatto accidentale.

Economicità: I componenti (BJT all’inizio) necessari per ingressi ed uscite digitali a 24V dc erano più convenienti rispetto a quelli necessari per altri livelli di tensione.

Bassa “impronta” energetica: Il funzionamento a 24V c.c. permette di eccitare un relè di potenza con bobina a 24V con pochi mA. Ciò permette di usare cavi di segnale di diametro ridotto e di poter piazzare il relè a distanza dal controllore, Risparmiando così sul costo del cavo ed avendo poche perdite di tensione e potenza sui circuiti di comando.

In sintesi l’uso della tensione 24V CC per i circuiti di controllo industriali offriva ed offre il miglior compromesso tra sicurezza elettrica, immunità ai disturbi, costo, compatibilità ed è diventata lo standard de facto per i circuiti di controllo industriali comprendenti PLC, sensori, contatti ed attuatori.

Da standard di fatto (market-driven standard) a norma

Per avere dei riferimenti più stabili e precisi la maggiore organizzazione mondiale nel campo elettrotecnico/elettronico ha normato molti ambiti delle applicazioni PLC e controllori industriali con la norma IEC 61131 del 1993. In particolare la seconda parte di questa norma, la IEC 61131-2, specifica requisiti fisici sugli ingressi ed uscite dei controllori programmabili; vengono definiti i livelli e le soglie per gli ingressi e le uscite digitali, si veda ad esempio le uscite del controllore OEM BB536.