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OPC UA とは

Empressと菱洋エレクトロが提供するIIoTソリューション

インダストリー4.0や、インダストリアルIoT(IIoT)などスマート工場化による工場内でのIoT活用が広がる中で、弊社はEmpress Software Japan社と連携し、近年最も注目されている通信プロトコル「OPC UA」をベースとしたプラットフォームなどIIoT向けソリューションをワンストップで提供しています。

インダストリー 4.0とは?

1980年以降、GDPにおいて各国はアメリカに大きな遅れをとっています。この巨大な差を生んだ原因の1つとして、世界を台頭するIT企業各社の収益があげられます。これに対し、ドイツでは第4次産業革命(インダストリー4.0)と称して工場のスマートファクトリー化を提唱し、広く周知してきました。

 

Globalにおけるインダストリー 4.0

中国

2015年7月14日, ドイツ連邦経済エネルギー省 (BMWi) ならびに中華人民共和国工業情報化部はインダストリー 4.0 分野において、2国間で協力するというMOU(Memorandum of Understanding)を締結しました。このMOUはBMWiのインダストリー4.0 と中国のイニシアチブ“Made in China 2025”を結びつけ、 2国間のイノベーションパートナーシップを強化するものです。

 

US

米国製造技術協会が推進しているMTConnectがOPC UA Version 1.0.4からOPC UAのCompanion Information Modelになります。

 

東南アジア

インドネシア、ベトナムではPLCのプログラムを作成する場合、OPC UAのCompanion Information Model であるPLCopenに準拠し始めています。

 

OPC UA (OPC Unified Architecture) とは?

 

                               ※OPC UA Foundation より抜粋

 

OPC UAはインダストリー4.0のCommunication Layerの使用が強く薦められているセキュアな産業コミュニケーションプロトコルです。OPC UAの一番の特長は情報モデルをOPC UAの中で作り上げることができることがあげられます。つまり、OPC UAの実装とは「通信プロトコルを実装し、情報モデルを構築する」ことになります。

※OPC : Object Linking and Embedding for Process Controlの略

 

産業プロトコルとしてのOPC UA

OPC UAではデータが蓄えられる側をSeverと言いデータを操作する側をClientと言います。1つのOPC UA ServerはServer名もしくはIPアドレスで表現され、1つのAddressSpaceを待ちます。AddressSpaceはメモリー上のデータ構造体でカレントデータしか保存されません。ServerのAddressSpaceは証明書を持ったClientのみが接続でき、中継器はClientとServerを両方を搭載し、FA機器のデータをMESなどの上位に連携する役割を果たします。

 

 

情報モデルとは?

現在はデバイス同士のCommunicationはベンダーごとにパラメータが異なるため人間が介在しやっと情報が伝達できるのに対して、将来はデバイス同士が会話し意味が理解できるようになります。この情報を伝える枠組みを情報モデルといいます。

                                                  ※OPC UA Foundation より抜粋

OPC UAの情報モデル

OPC UAの情報モデルは4層で構成され、モデル定義基盤(Meta Model)、基本モデル構成要素(Built-in Information Model)と拡張モデルの拡充として協調領域(Companion Information Model)と競争領域(Vender Specific Extensions)から構成されます。 Empress OPC UA Serverはモデル定義基盤(Meta Model)、基本モデル構成要素(Built-in Information Model)をDefaultでロードしています。

 

OPC UA サーバ用SDKは各社から提供されていますが、この情報モデルは含まれていない場合が多く、お客様自身が開発する必要があります。

弊社では、この情報モデルを含めてOPC UA サーバをご提供します。

 

 

Companion Information Model

OPC UAの情報モデルの3番目の階層は業界ごとに決定されるCompanion Information Modelです。 主な採用情報モデルと対象となる市場は下記の通りです。

業界団体 Companion SPEC 市場
VDW
ドイツ工作機械工業会
umati 工作機
VDMA
ドイツ機械工業連盟
Euromap プラスティック成形機
Robotics ロボット
VISION マシンビジョン
Surface Technology 表面処理
PowerTrain 動力、駆動
EoAT End-of-Arm Tools
OMAC
Machine Automation and Control
PackML/PackTags 包装機
IEC
International Electrotechnical commission
IEC61850 変電所・電力ネットワーク
ZVEI
ドイツ電気・電子工業連盟
I4AAS 設備管理
BACnet Interest Group BACnet ビルオートメーション
HKI industorial association HKI 業務用キッチンシステム
AIM
Advancing Identification Matters
AIM OPCF AutoID AutoID processes

※最新の情報はこちらをご参照ください。

 

VDMAの情報モデルに対する活動状況

 

VDMA(ドイツ機械工業会)では様々な分野におけるモデルの提唱がされています。今後も益々分野が増える見込みです。

オレンジ:すでに公開されているモデル /    ブルー:着手が始まったモデル  /  ブルー枠:作成を表明したモデル

 

※VDMAのプレゼンテーションより抜粋

情報モデルの広がりと細分化

Companion Specとして一番進んでいるのがプラスチック業界です。EUROMAPは下記のように細分化され、細分化された情報モデルが作成されることが発表されています。その他の産業分野でも細分化され多くの情報モデルが発表されることが予想されます。

プラスチック業界

EUROMAPのバージョン

プラスチック業界全体

EUROMAP 83

プラスチック成型機とMES

EUROMAP 63, 77

プラスチック成型機の周辺機器

EUROMAP 82.1(Temperature control devices)

EUROMAP 82.2( Hot runner devices)

EUROMAP 82.3(LSR Dosing System)

取出ロボット

EUROMAP 79

押出機とMES

EUROMAP 84

ブロー機とMES

EUROMAP 85

 

 

Vender Specific Extensions

情報モデルの4番目の階層は、企業の独自情報を記載するVender Specific Extensionsで、各企業が独自に作成しなければなりません。 また、4番目の階層に位置するためMeta Model、Built-in Information Model、Companion Information Modelから情報のリンクを引継がなければなりません。一般にAddress Space Model Designer(左の図)などのツールを使用しないと作成は難しいと言われています。Empressのコンサル・技術サポートはVender Specific Extensionsの情報モデル構築も支援します。

 

サーバコンフィグファイル内での複数の情報モデルがロードされる場合は、下段にあるxmlがアドレススペースに上書される仕様となっています。

 

Address Space Model DesignerのUI

 

<AdditionalNodesetFile>

 <Nodeset2>Companion Information Model用のXML</Nodeset2>

 <Nodeset2>Vender Specific Extensions用のXML</Nodeset2>

</AdditionalNodesetFile>

OPC UA上から順番に情報をAddressSpaceに追加します。

 

 

FA機器ベンダーの構築イメージ

 

FA機器ベンダーの典型的な構築イメージになります。今後販売されるFA機器はOPC UA対応になりますが、対応できないで独自プロトコルを使用しているFA機器は中継器でプロトコル変換し、OPC UAに対応する必要があります。

「お客様のデータはオンプレミスサーバへ、ベンダーの機器のログはクラウドへ上げ、故障予知などで使用したい」といった構想を持っています。

 

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