Pourquoi l’OPC UA va révolutionner l’automatisation industrielle
Dans cet article expert, Fabien Pereira Vaz, Technical Sales Manager chez Paessler AG, nous explique comment et pourquoi la technologie normalisée OPC UA est devenue un langage commun indispensable pour répondre aux besoins de l’IoT et permettre à la France d’accélérer dans l’Industrie 4.0.
Aujourd’hui, l’expression « usine intelligente » est inévitablement liée à une autre : « Communication Machine-to-Machine (M2M) ». L’objectif de cette communication entre machines industrielles est de collecter des données pour un traitement et une évaluation avancée. Des tâches telles que la maintenance prédictive ou l’optimisation de l’utilisation des machines dans un environnement de production deviennent ainsi réalisables.
Le développement rapide de l'Internet des Objets Industriels (IIoT) et de l'Industrie 4.0 provoque une accélération de cette tendance et un nombre croissant de nœuds connectés dans le secteur industriel.
La communication M2M est traditionnellement basée sur une technologie de bus de terrain, avec des protocoles classiques et matures tels que Profibus ou Modbus RTU, largement utilisés dans les mises en place de réseaux depuis de nombreuses années. Quant aux technologies « Ethernet Industriel », plus récentes, les plus connues se nomment Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet ou Ethercat. En 2019, les protocoles « Ethernet Industriel » représentent une part de marché mondiale d’environ 59%, avec une croissance annuelle de 20%, à comparer avec les 35% de parts de marché des technologies de bus de terrain qui voient, pour la première fois, leur marché diminuer de 5%.
La diffusion croissante de la norme de communication mobile 5G accélérera également le développement des communications M2M, en éliminant la mise en réseau physique des machines ainsi que l’intégration des machines physiquement délocalisées par des intégrateurs systèmes. Une croissance significative de 30% par an dans le domaine des communications sans fil (WLAN, LPWAN, Bluetooth) et une part de marché de 6% dans le monde signalent un important gisement de nouveaux usages potentiels.
L’enjeu pour l’industrie, c’est que tous les composants indispensables à l’automatisation prennent en charge à la fois les protocoles de bus de terrain très répandus et les protocoles « Ethernet Industriel », mais aussi les protocoles classiques TCP/IP des systèmes IT.
Comment répondre à ces exigences dans le futur, ainsi qu’aux autres besoins du secteur des usines intelligentes, autrement dit de l’économie circulaire de l’Industrie 4.0 ?
La quête de la solution tout-en-un : l’Architecture Unifiée de Plateforme de Communication Ouverte (OPC UA)
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) est une architecture globale assurant l'échange d'informations entre les fabricants et donc l'interopérabilité des divers composants. Déjà présente aujourd’hui, elle sera amenée à se développer à l’avenir car elle représente bien plus qu’un simple standard de communication en temps réel pour l’automatisation mais aussi une architecture orientée service (SOA) basée sur un réseau IP compatible IPv4 et IPv6.
OPC UA est une architecture flexible dans sa mise en œuvre, évolutive, extensible à volonté et surtout indépendante des supports physiques et des protocoles de transport, ce qui représente un avantage décisif par rapport aux autres protocoles de données IoT dédiés.
La Fondation OPC se charge de créer et de maintenir les normes nécessaires et de coopérer avec les leaders du marché industriel.
Le standard « Pub/Sub » permet la communication au niveau du capteur
La Fondation OPC est également à l’origine de la publication du standard Publish/Subscribe (« Pub/Sub ») en tant qu’extension importante du standard de communication entièrement intégré à la technologie OPC UA existante. Ce standard permet de déployer OPC UA au plus bas niveau de la production industrielle pour les contrôleurs, les capteurs et les systèmes embarqués nécessitant une communication optimisée et de faibles latences dans les réseaux locaux.
Une application OPC UA peut être soit Serveur, soit Client, mais aussi « Publisher » ou « Subscriber » avec une fonction de découverte pour permettre à l'utilisateur de repérer facilement les serveurs OPC UA disponibles et leurs services associés.
OPC UA garantie la communication sécurisée dans le cloud
Le standard « Pub/Sub » permet également l'utilisation d'OPC UA dans des environnements cloud ou multi-cloud impliquant des protocoles cloud populaires tels que MQTT et AMQP. Un cas d’usage classique consiste en plusieurs expéditeurs qui communiquent avec un destinataire unique, comme par exemple lors de l’utilisation d’un service de supervision dans le cloud. Dans ce contexte, OPC UA présente un avantage déterminant, à savoir la sécurité de bout en bout et la modélisation standardisée de données.
Une nouvelle norme de communication normalisée : DIN SPEC 92222
La norme DIN SPEC 92222 établit un modèle de référence pour la « Fédération Cloud Industrielle » et la communication uniforme entre l’équipement de terrain et l’application multi-cloud basée sur OPC UA. Des entreprises telles que IBM, Microsoft, Fujitsu, Bosch ou encore l’institut de recherche Fraunhofer sont impliqués dans son développement.
Dans la perspective d’une communication cohérente et standardisée, le nombre de technologies, normes et standards doit être minimal. Des interfaces unifiées de transferts entre cloud dans le cadre d’une infrastructure multi-cloud sont également un prérequis. Il s’agit aussi de déterminer quels protocoles de transferts sont utilisés par quelle application. Une implémentation spécifique détermine par exemple la configuration et la mise à disposition des composants requis (relais ou routeurs) et les spécifications pour une authentification et une autorisation uniforme.
OPC UA est une architecture sécurisée par définition
Dans un environnement industriel de haute technologie, la sécurité est un critère essentiel pour la transmission des données et la mise en œuvre de nouvelles technologies.
Pour cela, les membres de la Fondation OPC ont uni leur expertise au sein d’un groupe de travail sur la sécurité qui a publié un livre blanc des mesures et bonnes pratiques de sécurité lors de la création et l’installation d'applications OPC UA. L’objectif de ce document disponible en libre téléchargement est de fournir une vision synthétique des recommandations de sécurité.
OPC UA devient un standard de communication M2M
En raison de son développement constant par la Fondation OPC et de sa forte adoption par les fabricants et l’industrie dans son ensemble, OPC UA représente actuellement le standard de communication le plus répandu, toutes plateformes confondues, pour assurer l'interopérabilité et l'échange d'informations entre machines et systèmes. Avec plus de 610 membres au sein de la Fondation OPC et des milliers d'appareils compatibles, OPC UA offre une perspective d’avenir pour les communications M2M, l’Usine Intelligente, l’économie circulaire et l’Industrie 4.0.
Le champ de développement toujours sous contrôle de la communauté et son important nombre de membres montrent de manière impressionnante la direction prise pour la standardisation de l’automatisation industrielle.