OPC UA Publisher/Subscriber -tekniikan soveltaminen automaatiojärjestelmässä
Saarinen, Riku (2023)
2023
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-02-13
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302082142
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302082142
Tiivistelmä
Teollisuuden siirtyessä kohti Industry 4.0 -tasoa, tulee kommunikaatiojärjestelmissä olevien laitteiden määrä lisääntymään tulevaisuudessa huomattavasti. Laitteiden lisääntyessä tarvitaan kommunikaatioprotokolla, joka vähentää laitteiden välistä viestien vaihtoa, jotta nykyisten verkkojen tiedonsiirtokapasiteetti riittää myös tulevaisuudessa. Nykyiset OPC UA -järjestelmät ovat useimmiten toteutettu Client/Server-tyyppisellä viestinnällä, mutta OPC UA -spesifikaatio 14 tuo mukanaan uuden tavan toteuttaa laitteiden välistä OPC UA -viestintää. Tässä kandidaatintyössä haluttiin selvittää, miten OPC UA Publisher/Subscriber -teknologiaa voidaan hyödyntää automaatiojärjestelmien tiedonsiirrossa.
Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa toteutetaan kirjallisuuskatsaus, jossa tutustutaan OPC UA -standardiin ja sen kahteen yleisimpään toteutustapaan, Client/Server ja Publisher/Subscriber. Lisäksi tutkitaan, miten Publisher/Subscriber-teknologiaa voitaisiin soveltaa automaatiojärjestelmien yhteydessä.
Työn toisessa osassa toteutetaan Publisher/Subscriber-teknologiaa käyttävä demonstraatiosovellus käyttäen Prosys OPC Oy:n tarjoamia työkaluja. Sovelluksen lähettävä osapuoli toteutetaan Prosys Simulation Server -sovelluksella ja vastaanottava osapuoli Prosys Browser -sovelluksella. Publisher/Subscriber-teknologian vaatima välittäjäpalvelin toteutetaan Mosquitto MQTT Broker -sovelluksella, Rasberry Pi 4B -mikrotietokoneen avulla.
Työssä havaittiin, että yleisesti automaatiojärjestelmissä käytettävä Client/Server-kommunikaatiomalli voitaisiin usein korvata Publisher/Subscriber-tyyppisellä kommunikaatiomallilla. Client/Server-tyyppisen kommunikaation korvaaminen Publisher/Subscriber-tyyppisellä kommunikaatiolla vähentäisi laitteiden väliseen kommunikaatioon tarvittavaa tiedonsiirtoa, joka taas vähentäisi verkkojen kuormitusta. Lisäksi huomattiin, että Publisher/Subscriber-teknologia mahdollistaa turvallisen datan siirron myös sisäverkon ulkopuolelle, joka mahdollistaa muun muassa järjestelmien ohjauksen pilvipalveluiden avulla, sekä kehittyneiden tuotannonohjausjärjestelmien toteuttamisen. Työssä huomattiin myös, että markkinoilta löytyy useita yrityksiä, joilta löytyy valikoimastaan Publisher/Subscriber-kommunikaatiomallin mahdollistavia työkaluja.
Demonstraatiosovelluksen toteutuksessa huomattiin, että Publisher/Subscriber-teknologiaa soveltavan sovelluksen toteuttaminen on mahdollista tämänhetkisillä kaupallisilla työkaluilla. Demonstraatiosovelluksen avulla pystyttiin esittelemään Publisher/Subscriber-teknologian toimintaa käytännön järjestelmässä, joka helpottaa teknologian mukanaan tuoman hyödyn hahmottamista.
Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa toteutetaan kirjallisuuskatsaus, jossa tutustutaan OPC UA -standardiin ja sen kahteen yleisimpään toteutustapaan, Client/Server ja Publisher/Subscriber. Lisäksi tutkitaan, miten Publisher/Subscriber-teknologiaa voitaisiin soveltaa automaatiojärjestelmien yhteydessä.
Työn toisessa osassa toteutetaan Publisher/Subscriber-teknologiaa käyttävä demonstraatiosovellus käyttäen Prosys OPC Oy:n tarjoamia työkaluja. Sovelluksen lähettävä osapuoli toteutetaan Prosys Simulation Server -sovelluksella ja vastaanottava osapuoli Prosys Browser -sovelluksella. Publisher/Subscriber-teknologian vaatima välittäjäpalvelin toteutetaan Mosquitto MQTT Broker -sovelluksella, Rasberry Pi 4B -mikrotietokoneen avulla.
Työssä havaittiin, että yleisesti automaatiojärjestelmissä käytettävä Client/Server-kommunikaatiomalli voitaisiin usein korvata Publisher/Subscriber-tyyppisellä kommunikaatiomallilla. Client/Server-tyyppisen kommunikaation korvaaminen Publisher/Subscriber-tyyppisellä kommunikaatiolla vähentäisi laitteiden väliseen kommunikaatioon tarvittavaa tiedonsiirtoa, joka taas vähentäisi verkkojen kuormitusta. Lisäksi huomattiin, että Publisher/Subscriber-teknologia mahdollistaa turvallisen datan siirron myös sisäverkon ulkopuolelle, joka mahdollistaa muun muassa järjestelmien ohjauksen pilvipalveluiden avulla, sekä kehittyneiden tuotannonohjausjärjestelmien toteuttamisen. Työssä huomattiin myös, että markkinoilta löytyy useita yrityksiä, joilta löytyy valikoimastaan Publisher/Subscriber-kommunikaatiomallin mahdollistavia työkaluja.
Demonstraatiosovelluksen toteutuksessa huomattiin, että Publisher/Subscriber-teknologiaa soveltavan sovelluksen toteuttaminen on mahdollista tämänhetkisillä kaupallisilla työkaluilla. Demonstraatiosovelluksen avulla pystyttiin esittelemään Publisher/Subscriber-teknologian toimintaa käytännön järjestelmässä, joka helpottaa teknologian mukanaan tuoman hyödyn hahmottamista.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [9897]