OPC UA unterscheidet sich von Technologien wie dem Ethernet-basierten Time-Sensitive Networking (TSN), indem der Schwerpunkt auf Informationen und nicht auf Daten liegt. TSN unterstützt die Umsetzung von Industrie 4.0, indem es Regeln für die effektive Kommunikation zwischen Knoten der Betriebstechnik (OT) und der Informationstechnologie (IT) festlegt. Im Gegensatz dazu strukturiert und transformiert OPC UA Daten in Informationen. Wesentliche Funktionen von OPC UA sind die Erkennung von Servern, der Zugriff auf Serverdaten, die Benachrichtigung über Ereignisse und die Ausführung von Methoden. Diese Technologie ist umfassend und konfigurierbar und bietet einen Rahmen für die Definition von Datenstrukturen, ohne einen bestimmten Satz von Datenstrukturen vorzuschreiben. Darüber hinaus bietet OPC UA ein Sicherheitssystem für die Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung von Daten.
Das Publish-Subscribe (Pub/Sub)-Modell wurde als Alternative zum traditionellen Client-Server-Modell mit seinem Request-Response-Ansatz eingeführt. Das Pub/Sub-Modell wird von KPA Automation softPLC unterstützt. Im Rahmen dieses Modells können die Herausgeber die Daten entweder an einen Datenbroker senden, der sie anschließend an alle eingetragenen Clients verteilt, oder nur ein Unicast/Multicast-Paket senden, während die Abonnenten an ihrer lokalen Adresse (Unicast) oder an einer vordefinierten Multicast-Adresse empfangen. Die Daten selbst können sowohl im Binärformat als auch in JSON vorliegen, was die Anwendung in webbasierten Lösungen vereinfacht.
Im Gegensatz zum Client-Server-Modell entkoppelt dieser Ansatz die Datenquellen und -konsumenten, wodurch das System in eine ereignisgesteuerte Struktur umgewandelt wird. Das Pub/Sub-System vereinfacht die Kommunikation im Vergleich zum Client-Server-Modell, indem es redundante Abfragen vermeidet und Daten bei einer Änderung automatisch überträgt. Multicast verbessert dieses System noch weiter, indem es Pub/Sub ermöglicht, ohne dass ein separater Broker zum Netz hinzugefügt werden muss. Darüber hinaus erhöht die Verschachtelung von Datensätzen die Effizienz des Netzes.
Der Vorteil der Verwendung eines hochentwickelten Frameworks wie OPC UA besteht in der einfacheren Bedienung von Softwareprogrammen auf speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Human-Machine-Interface-Systemen (HMI) und IT-Systemen wie Enterprise Resource Planning (ERP) Systemen.
Multicast ermöglicht die zeitgleiche Übertragung von Netzwerkpaketen an mehrere Hosts und kann sowohl über IP als auch über Ethernet betrieben werden. OPC UA kann verwendet werden, um Nachrichten über UDP auf IP abzubilden oder IP zu umgehen und sie direkt auf Ethernet abzubilden. Der Vorteil von Multicast gegenüber dem klassischen Pub/Sub-Modell besteht darin, dass kein Broker mehr benötigt wird. Alles wird über die Multicast-Gruppe abgewickelt. Alle Daten, die von der Quelle übertragen werden, werden automatisch an alle Teilnehmer der jeweiligen Gruppe gesendet.
Außerdem hat das OPC UA Format für Pub/Sub Nachrichten verschachtelte Schichten. Eine OPC-UA-Netznachricht enthält zahlreiche Datensätze, von denen jeder aus einer Vielzahl von Feldern zusammengesetzt ist. Auf diese Weise kann z. B. ein Industrie-PC, der für mehrere SPS zuständig ist, die Datensätze für jede SPS in einer einzigen Netzwerknachricht zusammenfassen und so den Netzwerkverkehr verringern.
Nachfolgend sind einige mögliche Anwendungen für Pub/Sub aufgeführt:
- Konfigurierbare Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen Steuerungen sowie zwischen Steuerungen und HMIs, ohne dass eine der beiden Parteien von der Existenz der anderen Kenntnis haben muss. Dieser Datenaustausch erfolgt häufig auf einer festgelegten Zeitachse und könnte eine Einwegverbindung oder ein Broadcast an mehrere Empfänger sein.
- Asynchrone Arbeitsabläufe, bei denen z. B. ein Auftragsbearbeitungsprogramm einen Auftrag in eine Nachrichtenwarteschlange oder einen Enterprise Service Bus stellen kann, der anschließend von einem oder mehreren Arbeitskräften verwaltet werden kann.
- Die Möglichkeit einer Protokollierung an mehrere Systeme, z. B. können Sensoren oder Aktoren Protokolle an ein Überwachungssystem, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, eine Archivdatenbank für zukünftige Abfragen usw. senden.
- OPC UA Server, welche Dienste oder Geräte repräsentieren, können auch Daten zu in der Cloud gehosteten Anwendungen streamen. Dies kann Backend-Server, Big-Data-Analysen zur Optimierung des Systems und Predictive Maintenance umfassen.
