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OPC UAはIIoT時代の標準通信規格|シーメンス

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OSや機器の種類、メーカーを問わず、垣根を超えて相互通信が可能になり、セキュリティ対策にもなる通信規格「OPC UA」のご紹介です。

OPC UA概要

OPC UA(OPC Unified Architecture)は2007年に発表されたEthernetベースの通信規格で、OPC協議会により仕様作成・管理されています。

OPC UAは元々制御機器から大規模な上位情報系ネットワークへの情報転送を目的として開発された通信規格ですが、今後はTSN(Time Sensitive Network)技術をベースにフィールドレベルでの高速同期通信までカバーすることが予定されており、今後の産業会の標準通信規格として注目されています。

OPC UAはドイツの国策であるIndustrie 4.0で標準の産業用通信規格として指定されたことで急激に認知されるようになりましたが、近年では中国や韓国でも同様に産業用通信の国家標準として登録される等、ヨーロッパ以外の地域でも普及が進んでいます。

OPC UAの特長

OPC UAは環境に依存しないオープンな通信規格の為、異なるOS間や、PC、PLC、タッチパネル、マイコンといった機器の種類を問わず、メーカーの垣根を超えて相互通信が可能になります。

また、暗号化や電子証明書といった通信セキュリティにも標準で対応しているため、IoT技術の普及に伴い懸念が高まっている通信セキュリティリスク対策の1つとしても注目されています。

OPC UAには情報モデルやメソッドと呼ばれる、オブジェクト指向に基づいた仕組みがあり、単なる数値や文字の集合体としての「データ」ではなく、意味のある「情報」として正しく伝達できるという特徴もあります。

情報モデル ~「データ」ではなく「情報」を伝える仕組み~

従来の通信規格では、通信の内容は数値や文字の集合体であり、送信側と受信側であらかじめデータの順番や意味の認識を揃える必要がありました。

OPC UAでは情報モデルと呼ばれるデータ構造を作り、その中にValueとして数値や文字を、Parameterとして単位等の意味付けを含めることができます。

この情報モデルを活用することにより、単なる「データ」ではなく、意味のある「情報」として伝達することが可能になります。

また、この情報モデルは共通のXMLファイル形式で定義されるため、異なる装置間で共通のインターフェースを実装する場合、XMLファイルを取り込むだけで対応が可能になります。

コンパニオン仕様 ~業界標準の通信インターフェース~

OPC協議会では様々な業界団体と連携して通信インターフェースの標準化を推進しています。

例えば、VDMA(ドイツ機械工業連盟)では、22の業界でOPC UAを使った通信インターフェースの標準化を進めており、業界標準として規格化しています。

VDMA以外でも同様にインターフェースの標準化の動きがあり、52の団体がOPC UA情報モデルを使った業界標準の通信インターフェース制作を進めています。

この業界標準の通信インターフェースはコンパニオン仕様と呼ばれています。

OPC UA情報モデルの実装

OPC UAの情報モデルは4つの階層で構成されます。1番目のOPC UA Meta Modelと2番目のBuilt-in Informatin Modelsの階層は、OPC協議会によって仕様作成・公開されます。3番目のCompanion Information Models(コンパニオン仕様)の階層は、各業界団体によって仕様作成・公開されます。4番目のVendor Specific Extensionsの階層は、装置ベンダーが自社の装置に合わせて仕様作成します。各階層は下位の階層を参照し、仕様作成する必要があります。

OPC UAの対応

OPC UAに対応する方法は2つあります。

1つ目は自社でOPC UA通信インターフェースを開発する方法です。

自社開発のメリットは実装後のランニングコストを安くできることですが、反面初期の開発コストが増大する傾向にあります。

実際にOPC UA通信とコンパニオン仕様の開発工数に年単位の時間をかけている企業も珍しくありません。

2つ目の方法として、既にOPC UAに対応している機器を通信ゲートウェイとして使用することができます。

ゲートウェイとしてのハードウェアコストは発生しますが、初期の開発期間とコストを大幅に抑え、市場投入までの時間を短縮することができます。

OPC UA対応PLC

シーメンス製PLCのS7-1200シリーズとS7-1500シリーズはOPC UA通信に対応していますので、OPC UA通信ゲートウェイとしてもご使用頂けます。

OPC UA対応機器には、情報を保持するServerと、情報に読出/書込アクセスを行うClientがあります。

S7-1200はServerのみ、S7-1500はServerとClientに対応しています。

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