Beckhoff TwinCAT OPC UA: 정보 모델링을 이용한 표준화된 커뮤니케이션

Beckhoff는 오랫동안 OPC Foundation의 적극적인 파트너였으며, 혁신적인 방식으로 OPC UA 표준을 일찌감치 구현하였다. 2007년(OPC UA 통합 서버가 있는 세계 최초의 PLC), 2010년(PLCopen 표준화된 UA 클라이언트 모듈이 Beckhoff에 의해 시작됨), 2012년(IPC 진단을 위한 무료 UA 서버), 2014년(SoA-PLC), 2016년(PLC의 UA 정보 모델) 그리고 2017년(PLC의 publisher/subscriber)은 Beckhoff 고객의 이익을 위해 적응해 가는 여정에서 중요한 이정표들이다.

그림 1: 컴패니언 명세 기준의 일반적 임포트

2006년에 이미 첫 번째 OPC UA 서버를 선보였고, 2007년부터는 공식적으로 TwinCAT supplement 제품으로 제공되었으며, 첫 번째 고객 프로젝트에 사용하였다. 인증은 2008년에 이루어졌다. 이른바 „TwinCAP OPC UA 서버“는 커넥티비티 영역에서 가장 인기 있는 TwinCAT supplement 제품 중 하나로 급속하게 발전하였고, 무엇보다 지속적인 개발과 최신 OPC UA 기능을 통합하여 고객을 사로잡았다.

2013년에 시작된 소위 SoA-PLC(Service-oriented-Architecture PLC)도 이와 관련하여 획기적인 사건으로 볼 수 있다. PLC 내에서 IEC 61131-3 방식의 서비스 기능을 개발하고, 해당 OPC UA 방식으로 TwinCAT OPC UA 서버를 통해 서비스 기능을 구현하였다. OPC UA 고객에게는 이 방법을 통해 서비스를 호출하고 입력 매개변수를 서비스의 출력 매개변수에 할당하고 일관되게 처리할 수 있는 방법이 주어졌다. 서로 다른 산업 영역에서 OPC UA의 보급이 늘어남에 따라, 각 도메인에서 사용되는 OPC UA 프로토콜의 정보 모델 맵핑을 정의하는 소위 컴패니언 사양이 최근 몇 년 동안 채택되어 왔다. 흥미로운 예 가운데 하나가 플라스틱 가공 산업의 사출 성형 기계에 사용하는 Euromap77 표준이다. 안전하고 표준화된 그리고 플랫폼 및 제조사로부터 독립적으로 데이터를 교환하기 위해 컴패니언 사양의 형태로

그림 2: 액세스 레벨을 통한 보안 기능 확장

Euromap77 모델을 OPC UA에 따라 맵핑하는 것이 지정되었다. TwinCAT OPC UA 서버는 기본적으로 PLCopen의 IEC 61131 맵핑을 기반으로 한다. 이때 TwinCAT PLC의 IEC 61131 타입 시스템은 이 사양을 이용하여 OPC UA 네임 스페이스에 로드된다. 서버를 일반적으로 확장함으로써 이제 모든 정보 모델을 로드할 수 있다. 이러한 정보 모델은 대개 유형 시스템을 정의하는 XML 파일 형태를 띤다. 예를 들어, Euromap77의 컴패니언 사양도 그러하다. 각각의 컴패니언 XML을 임포트하여 TwinCAT OPC UA 서버는 형식 시스템을 구축하고 XML의 개체를 TwinCAT PLC의 변수와 연결한다. 연결 OPC UA 클라이언트는 표준화된 타입 시스템(Euromap 77)을 사용하여 서버를 검색하고 거기에 포함된 객체에 액세스할 수 있다.

TwinCAT OPC UA 서버의 보안 모델을 확장하여 사용자는 다른 사용자와 사용자 역할을 정의할 수 있고, 개별 네임 스페이스와 개체에 대한 액세스 수준을 설정할 수 있다. X.509 인증서를 기반으로 보안 통신 및 클라이언트 / 서버 인증을 보호하는 데 사용할 수 있다.

그림 3: OPC UA Client I/O 장치로 간단하게 엔지니어링할 수 있다.

2012년 OPC UA Client가 TwinCAT OPC UA supplement 제품에 추가되었다. 이 제품은 PLCopen Function Block을 기반으로 PLC에서 직접 OPC UA 서버에 연결할 수 있다. 처음에는 OPC UA 서버에서 메소드를 호출할 수 있는 가능성이 있었고, 이는 SoA PLC의 개념을 더욱 넓혀주었다. 소위 TwinCAT OPC UA 클라이언트의 유용성을 더욱 높이기 위해 TwinCAT 3 I/O 장치의 형태로 기능을 사용할 수 있다. 결과적으로 사용자는 더 이상 원격 OPC UA 서버에서 데이터를 읽거나 쓰거나(또는 메소드를 호출하기 위해) PLC 코드를 작성할 필요가 없고, 적절한 심볼을 TwinCAT XAE I/O 구성에 추가하고 정규 맵핑 메커니즘을 통해 다른 심볼과 연결할 수 있다. XAE에 통합된 스캐닝 메커니즘도 여기에 적합하다. OPC UA 서버에 대한 연결이 형성되고 심볼을 자동으로 읽어 오고 생성한다.

Publisher-Subscriber(Pub/Sub) 통신 패턴을 통한 OPC UA 사양의 확장으로 기존 클라이언트-서버 아키텍처는 로컬 머신 네트워크에서의 멀티 캐스트 기반 통신과 클라우드 서비스를 통한 브로커 기반 통신을 모두 가능하게 하는 최신 통신 메커니즘으로 보완된다. Beckhoff는 이를 SPS IPC Drives 2016 박람회에서 실시간 프로토 타입으로 제시했으며, Beckhoff가 결정성 있는 M2M 통신을 위해 Pub/Sub 기술을 구현한 최초의 자동화 기술 공급업체임을 의미한다. 이 기능은 TwinCAT XAE의 별도 I/O 장치를 통해 다시 구성된다.

그림 4: OPC UA를 이용하면 Publisher-Subscriber 통신 모델을 통해 특히 로컬 기계 네트워크 내에서 멀티캐스트 기반 통신이 가능하다. 이는 TwinCAT OPC UA 보완에서 실시간 통신 형태로 구현되었다.

Beckhoff는 PC 기반 제어기술을 바탕으로 인더스트리 4.0 자동화 프로젝트에 이상적인 플랫폼을 제공한다. 이미 오래 전부터 OPC UA를 통한 표준화된 데이터 교환이 가능해졌고 이제 타입 시스템, 보안과 유용성 모델링을 개선하기 위해 기능을 확장되었다. 그러나 OPC UA는 TwinCAT supplement 제품 분야에만 제공되는 것은 아니다. 무료 OPC UA 서버는 산업용 PC 진단을 위해 모든 Beckhoff 산업용 PC에 사전 설치되어 있다. 이를 통해 하드웨어 정보(예: CPU 또는 메인 보드 온도)를 판독할 수 있으며 OPC UA를 통해 파일 업로드 / 다운로드를 시작할 수 있다. 여기서 OPC UA 클라이언트가 OPC UA 서버와 파일 전송 구성 요소를 사용하고 파일을 교환할 수 있도록 전체 디렉토리 또는 개별 파일을 OPC UA를 통해 공유 할 수 있다. 로그 파일을 다운로드하는 것과 같은 응용 시나리오가 있을 수 있다.