Martínez Corbillón, Lourdes
Lic. Cibernética-Matemática, Aspirante a Investigador y Tecnólogo de II Nivel. Instituto Central de Investigación Digital
Email: lmtnez@icid.cu
Resumen:
Este artículo tiene como objetivo analizar el estándar OPC-UA partiendo de sus antecedentes y características, determinando así el estado del arte sobre intercambio de información en los sistemas de control. Para ello se realizó una revisión y un análisis de las posibilidades del estándar procurando ubicar las de mayor importancia, según nuestro criterio, para lograr entornos integrados de fácil diseño, operación y mantenimiento. En resultados y discusión se hace énfasis en cómo la esencia de OPC-UA facilita y amplía la labor de los integradores de sistemas y le brinda a los administradores, como usuario final, la posibilidad de tener un producto más potente para el control de sus instalaciones. Finalmente, en las conclusiones, se plantea la necesidad del conocimiento de la tecnología por parte de integradores y administradores para poder llevar a cabo una selección correcta, en el momento de elegir tecnologías.Palabras clave
: OPC-UA/ Sistemas de control/ Edificios.OPC-UA: A standard at the service of the integration in the control of buildings
Abstract:
This paper has the objective to analyze the OPC-UA standard based on their antecedents and features, thereby determining the state of the art on information exchange in the control systems. For that purpose a review and analysis of the possibilities of the standard were carried out trying to locate those more important, according to our approach, to achieve integrated environments of easy design, operation and maintenance. Results and discussion emphasizes how the essence of OPC-UA facilitates and enlarges the work of system integrators and gives administrators, as end user, the possibility to have a more powerful product to control the facilities. Finally, in the conclusions it is stated a need of knowledge of the technology by integrators and administrators to perform a correct selection, at the moment to choose technologies.Keywords:
OPC-UA/ Control Systems/ Buildings(Recibido noviembre 2012, Aceptado marzo 2013)
]]> I. INTRODUCCIÓNEn la era moderna, el brindar un mayor confort a los ocupantes de los edificios (hoteles, oficinas, inmobiliarias, etc.), con el menor costo posible, no constituye una ventaja sino una necesidad, lo cual obliga a los administradores de las instalaciones a enfrentarse a mayores retos y responsabilidades más allá de las funciones clásicas de la automatización.
Antiguamente se utilizaban sistemas y redes propietarias para gestionar subsistemas tales como, clima, incendio, televisión interactiva, iluminación, ascensores o seguridad. No se contaba con una comunicación universal para los sistemas de control de instalaciones, encontrándose muchos de ellos incompatibles entre sí.
En el presente con la necesidad de mejorar la eficiencia energética, incrementar la seguridad, la conectividad y, más aún, integrar los datos de los diferentes subsistemas con los sistemas informáticos del Nivel de gestión y mantenimiento (véase Figura 1), los administradores requieren un sistema de supervisión y control completamente integrado, que les brinde mayores facilidades con un ahorro considerable de tiempo y esfuerzo, de ahí la importancia del surgimiento y desarrollo de diferentes estándares.
Los estándares, en el mundo de la automatización, contribuyen a la interoperabilidad, al intercambio de datos y la portabilidad a través de una amplia variedad de servicios, lo cual reporta indudables beneficios a la integración.
El presente trabajo se propone mostrar el estándar OPC-UA (arquitectura unificada), sus antecedentes y características, identificándose de esta manera el estado actual de las soluciones para el intercambio de datos. En los resultados se exponen las ventajas que este estándar trae, tanto para integradores como para los administradores de las instalaciones, los cuales necesitan saber con qué alternativas cuentan para darle solución a problemas concretos. Para ello se realizó una revisión del tema mediante una investigación bibliográfica en revistas, trabajos presentados en eventos y en Internet. En este trabajo también se ha tomado como referencia nuestra experiencia práctica en el control de instalaciones por más de 15 años donde hemos constatado de manera directa los cambios de tecnologías en el transcurso del tiempo.
II. DESARROLLO
1. Antecedentes
OPC es la forma abreviada de "OLE for Process Control" y significa tecnología OLE, para el control de procesos [1]. OPC es un conjunto de especificaciones técnicas que definen un estándar basado en la tecnología OLE/COM y DCOM de Microsoft, la cual facilita el intercambio de datos de forma estandarizada y surgió para dar respuesta al problema de la gran diversidad de protocolos de comunicación que existían en sus inicios en el campo de la automatización.
]]> Un sistema OPC está basado en la arquitectura cliente-servidor (véase Figura 2). Cada cliente (aplicaciones SCADA o de usuarios) interroga al servidor (OPC Data Access, OPC Alarm and Events y OPC Historical Data Acces) que contiene los datos que necesita, los cuales estarán disponibles para todas las aplicaciones que acceden vía OPC. 
Posteriormente al surgimiento de OPC, la OPC Foundation, organismo que se encarga de mantener y divulgar la especificación, ha continuado trabajando en el perfeccionamiento y desarrollo de nuevas especificaciones, tales como OPC XMLDA, primer intento para el acceso vía web basado en SOAP/HTTP y dando un paso más en la evolución, su más reciente generación tecnológica OPC-UA ahora basada en una arquitectura orientada a servicios.
2. OPC-UA
Muchos autores afirman que más que una evolución es una revolución, en cuanto a intercambio de datos se refiere. En la actualidad, la Fundación plantea que OPC-UA ya no son las siglas de OLE para control de procesos, sino que son las siglas de OPen Connectivity-Unified Architecture (Arquitectura Unificada Conectividad Abierta).
Para una mejor comprensión de la base de tales afirmaciones se pueden considerar los aspectos siguientes:
• Arquitectura orientada a servicios (SOA): Es una arquitectura que tiene como objetivo lograr la integración flexible entre los diferentes softwares por medio de servicios, por lo tanto deja atrás la tecnología COM/DCOM de Microsoft, lo cual garantiza que se convierta en una tecnología independiente de la plataforma y permita nuevas formas de automatización. Ahora no solo se podrá transferir información entre sistemas Microsoft y NO Microsoft, sino también desde los controladores y dispositivos inteligentes (véase Figura 3). Las soluciones OPC UA permanecerán sin cambios a nivel de aplicación aun cuando en el futuro la tecnología sufra cambios siguiendo las reglas de las arquitecturas basadas en servicios.
• Facilidad de comunicación a través de Internet: Con OPC UA se elimina la complicada configuración de DCOM, es suficiente abrir un único puerto en el firewall para su operación, los mecanismos de seguridad que se encuentran integrados en el propio protocolo garantizan la seguridad a través de Internet (véase Figura 4).
• Rendimiento: Ofrece un intercambio de datos eficiente y optimizado que utiliza un protocolo específico: OPC UA Binary / UA Secure Conversation / UA TCP, es binario, ligero y basado en TCP; además, soporta los protocolos para servicios Web (XML y SOAP) y HTTP con la capacidad de hacer una codificación previa del mensaje usando UA Binary, lo cual aumenta el rendimiento comparado con el envío del mismo mensaje usando XML nativo (véase Figura 6).
• Integración del espacio de datos: OPC UA define un direccionamiento integrado y un modelo de información en el que es posible representar datos de proceso, datos históricos, alarmas y llamadas a funciones con traspaso de parámetros. Los ítems de información están definidos como objetos con tipo y pueden relacionarse entre sí, soportando incluso el uso de estructuras de datos complejas [3] por lo que ya no son necesarios los tres servidores del OPC clásico DA, AE y HDA, siendo sustituidos por un único conjunto de servicios (véase Figura 7).
• Compatibilidad con otras versiones: OPC UA tiene la funcionalidad de un OPC actual y su arquitectura basada en servicio se dedica a mejorar problemas existentes, como son: la seguridad, la dependencia de la plataforma y los problemas de configuración del DCOM. Por ahora los productos OPC basados en DCOM podrán coexistir con los productos OPC UA, pero a largo plazo y siguiendo la estrategia planificada por la OPC Fundation, éste reemplazará al OPC clásico.
3. Resultados y Discusión
Los argumentos anteriormente expuestos ponen de manifiesto que el estándar OPC-UA ha marcado una revolución en los sistemas de automatización, en cuanto a intercambio de datos se refiere, concediendo un enorme beneficio a las posibilidades de estos. En este momento cabría hacer la pregunta siguiente: ¿De qué manera los integradores y administradores de instalaciones se verán beneficiados con el surgimiento y desarrollo de este estándar?
Es indudable que tanto integradores como administradores tendrán en sus manos una tecnología con nuevos conceptos que los ayudará a satisfacer sus necesidades y sobrepasar sus expectativas. Los primeros por tener la necesidad de juntar productos y técnicas de diversos orígenes, con el objetivo de crear un producto final adecuado en el menor tiempo posible, con la posibilidad de reutilizar ingenierías en instalaciones similares. Los segundos por poder contar con productos sumamente integrados que garanticen una gestión, explotación y mantenimiento de sus instalaciones, además de asegurar que las mismas estén preparadas para afrontar los cambios que se puedan producir durante todo el periodo de explotación.
]]> La Arquitectura orientada a servicios es la clave principal para que los integradores puedan conectar diversos equipos con plataformas diferentes y los administradores cuenten con un nexo de unión entre las computadoras del Nivel de Gestión y los equipos embebidos del Nivel de Automatización y de Campo (independientemente del fabricante, del lenguaje en que se haya programado y del sistema operativo que utilicen: Windows Embedded, UNIX, Linux etc.), logrando así, una integración vertical de las aplicaciones, lo cual repercutirá positivamente en el confort de las instalaciones, el control de los recursos y la optimización de los costos de mantenimiento. De esta manera toda la información proveniente de diferentes puntos (seguridad, calefacción – ventilación – aire acondicionado, distribución eléctrica, detección de incendio, ascensores, etc.) puede ser analizada, relacionada y comparada.Obviamente, si conjugamos todas las posibilidades de integración que nos da la arquitectura orientada a servicios, con la Facilidad de comunicación a través de Internet, tenemos que los integradores pueden ofertar un producto que traspase la frontera de una instalación y los administradores pueden contar con un entorno no tradicional, donde se puedan manejar instalaciones que se encuentren distantes desde un único punto de control, lo cual contribuye a reducir los costos de explotación sin necesidad de sacrificar ninguna de las funcionalidades pensadas en un principio.
Si seguimos analizando, nos daremos cuenta de que un escenario como el descrito anteriormente no puede ser posible si no va acompañado de altos niveles de Seguridad y de un elevado Rendimiento de las comunicaciones. La seguridad de los mensajes y las aplicaciones impiden que terceros puedan modificar su contenido por lo que no se permitiría, por ejemplo, la violación del acceso en un área determinada de una instalación. El modelo de seguridad también permite a ciertas aplicaciones cliente tener un completo acceso a toda la información disponible en el servidor OPC UA para, por ejemplo, realizar labores de ingeniería, lo cual trae grandes beneficios a los integradores encargados de dar continuidad y mantenimiento al producto instalado. Otro aspecto, no menos importante, es la existencia de herramientas de configuración para establecer valores de seguridad para cualquier producto en cualquier plataforma. El alto rendimiento por su parte garantiza que el movimiento de información tanto vertical como horizontalmente se haga de la forma más rápida y óptima posible.
También cabe mencionar el gran provecho que trae para los integradores la Integración del espacio de datos; por ejemplo, la obtención del valor actual de una temperatura de un local, un evento cuando ésta es elevada, y su valor histórico medio será adquirido fácilmente por un único componente OPC UA. En este aspecto también es importante destacar la colaboración que existe entre la OPC Fundation y diferentes organismos de normalización en la creación de modelos complejos de información para áreas de aplicación específica, por ejemplo, un grupo de trabajo formado por miembros de la OPC Foundation, Profibus User Organization (PNO), HART Foundation, Fieldbus Foundation (FF) y Field Device Tool (FDT) desarrolló un modelo de información, para estandarizar la configuración de los componentes hardware y software de dispositivos de campo [4]. Todo lo anterior permite reducir de forma significativa las horas de configuración e ingeniería.
Como último aspecto para discutir tenemos la Compatibilidad con otras versiones, el cual es de gran importancia para los integradores, porque les posibilita utilizar cualquier producto que desee (basado en OPC tradicional o en OPC UA) de los diferentes fabricantes, principalmente en esta época de tránsito donde los fabricantes comienzan a asimilar la tecnología y todos los productos necesarios en la automatización de las instalaciones no están dotado del nuevo estándar. Por su parte los administradores tienen la posibilidad de rediseñar o incorporar nuevas piezas en sus sistemas ya instalados sin ver frenado su desarrollo en el tiempo.
A partir de los aspectos identificados podemos decir que el estándar OPC-UA facilita la conectividad entre aplicaciones, estandariza las comunicaciones con los dispositivos del Nivel de campo y facilita la adopción del ámbito Internet, fortaleciendo así la obtención de soluciones globales, integradas y adaptadas a cada exigencia, siendo esto de gran beneficio para integradores y administradores.
III. CONCLUSIONES
Como resultado del estudio realizado y el desarrollo de este trabajo, se pudo determinar las características fundamentales de la especificación OPC-UA demostrando así su robustez en cuanto a capacidad de comunicación y estandarización se refiere.
Es de vital importancia que, aunque todavía no esté muy extendido su uso, los integradores y administradores de instalaciones conozcan sus posibilidades para poder crear entornos unificados y soluciones cada vez más completas, fáciles de diseñar, operar y mantener.
Las necesidades del futuro van a ser diferentes a las actuales por lo que una decisión errónea en la selección de las tecnologías tendrá graves repercusiones en el ciclo de vida de un sistema de control de edificio.
]]> IV. REFERENCIAS1. LA FUNDACIÓN OPC: Innovador y Flexible. www.opceurope.org/pdf/opcs.pdf. Fecha de consulta: Abril del 2001. [ Links ]
2. Armstrong Randy, Hunkar Paul, "The OPC UA Security Model For Administrators", www.opcfoundation.org. Fecha de consulta: Octubre del 2012. [ Links ]
3. FUNDACIÓN OPC. www.opcfoundation.org. Fecha de consulta: Noviembre del 2012. [ Links ]
4. FUNDACIÓN OPC. OPC Unified Architecture - "La plataforma de comunicación universal para modelos estándar de información". www.opcfoundation.org. Fecha de consulta: Noviembre del 2012. [ Links ] ]]>