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À propos des normes OPC DA et OPC UA


OPC (de l’anglais. Open Platform Communications, ancien terme anglais OLE for Process Control) – un ensemble de techniques logicielles qui fournissent une interface unique pour gérer divers appareils et échanger des données. Les spécifications OPC ont été conçues par l’organisation internationale à but non lucratif OPC Foundation, créée en 1994 par les principaux fabricants des produits d’automation industrielle. L’objectif de l’OPC était de fournir aux ingénieurs une interface universelle pour contrôler divers appareils.

La mise en œuvre du support du client OPC permet aux développeurs des systèmes SCADA de ne plus supporter de centaines de pilotes pour divers appareils, et en ajoutant un serveur OPC, les fabricants des matériels sont sûrs que leur produit peut être utilisé par les utilisateurs de tous les systèmes SCADA.

La technique OPC comprend plusieurs normes qui décrivent un ensemble de fonctions spécifiques. Normes actuelles:

  • OPC DA (Data Access) la norme la plus répandue. Décrit un ensemble de fonctions d’échange des données en temps réel avec CLP, SNCC, interface homme-machine, commande programmée et autres appareils.
  • OPC HDA (Historical Data Access) permet d’accéder aux données enregistrées à l’historique.
  • OPC AE (Alarms & Events) fournit des fonctions de notification à la demande sur divers événements : situations d’urgence, actions de l’opérateur, messages d’information, etc.
  • OPC Batch fournit les fonctions de gestion pas à pas et de traitement par lots du procédé industriel.
  • OPC DX (Data eXchange) organise l’échange des données entre les serveurs OPC via le réseau Ethernet. L’objectif principal est de créer les passerelles d’échange des données entre les appareils et les programmes de différents fabricants.
  • OPC Security définit les fonctions d’organisation des droits d’accès des clients aux données du serveur OPC.
  • OPC XML-DA (XML-Data Access) fournit un format d’échange des données via XML, SOAP et HTTP, format flexible et basé sur les règles.
  • OPC Complex Data spécifications supplémentaires pour OPC DA et XML-DA permettant aux serveurs de travailler avec les types de données complexes tels que les structures binaires et les documents XML.
  • OPC Commands un ensemble d’interfaces logicielles qui permet aux clients et serveurs OPC d’identifier, d’envoyer et de contrôler les instructions exécutées dans un contrôleur ou un module d’E / S.
  • OPC UA (Unified Architecture) la dernière spécification, qui n’est pas basée sur la technique Microsoft COM, représentant une compatibilité multiplateforme.

La norme OPC DA est la plus répandue, pourtant elle a un inconvénient assez important. Au moment de son développement, elle était basée sur les techniques Windows de l’époque : OLE, ActiveX, COM/DCOM, mais depuis lors, l’industrie a changé et d’autres systèmes d’exploitation et techniques ont prévalu. Par conséquent, la technique OPC est devenue indépendante de la plate-forme matérielle, et la norme OPC UA (Unified Architecture) a été conçue à base de technologies multiplateformes ouvertes.

Utilisation OPC

En général, la technique OPC est utilisée pour échanger des données entre les contrôleurs et le système SCADA, mais il est également possible d’organiser les systèmes complexes à différents niveaux de l’automation industrielle.

L’OPC comprend deux parties : client OPC et serveur OPC. Le logiciel du serveur OPC interroge des divers appareils via les pilotes d’appareils à l’aide des bus de terrain. Le logiciel client OPC est généralement intégré au système SCADA et sert à recevoir les données depuis le serveur OPC.

Au sein de l’entreprise, il existe plusieurs niveaux de supervision des procédés (SP) :

  • Le niveau inférieur – bus de terrain (fieldbus) et contrôleurs indépendants
  • Niveau moyen – réseaux atelier
  • Niveau Automation industrielle (AI) – niveau de fonctionnement des systèmes de type SCADA
  • Niveau Système de gestion de l’entreprise (SGE) – niveau des applications de gestion des ressources d’entreprise, ERP, MES

Chaque niveau peut être desservi par un serveur OPC, et peut fournir les données à un client OPC au niveau supérieur ou à un appareil adjacent.


Fonctionnement du serveur OPC DA

Le serveur OPC DA permet l’échange des données (enregistrement et lecture) entre le programme client (généralement il s’agit d’un système SCADA) et les matériels terminaux. Les données de l’OPC sont une variable Tag (Balise) avec certaines propriétés. La variable peut être de n’importe quel type autorisé par OLE : divers types entiers et réels, type de données booléen, String, date, tableau, etc. Les propriétés peuvent être obligatoires, recommandées ou définies par l’utilisateur.

Propriété obligatoires:

  • La valeur actuelle de la variable, son type et les droits d’accès (lecture et / ou écriture).
  • La qualité de la variable dépend de la valeur mesurée dépassant la plage dynamique, du manque de données, d’une erreur de communication et d’autres paramètres. Prend généralement les valeurs ci-dessous : bonnes / mauvaises / indéfinies et informations supplémentaires.
  • L’horodatage indique l’heure à laquelle la variable a reçu la valeur de consigne.
  • La fréquence d’interrogation d’une variable par le serveur OPC définit l’heure de la mise à jour de la valeur de la variable.
  • La description de la variable, qui contient les informations pour l’utilisateur sur la nature de la variable.

De plus, les propriétés facultatives peuvent être aussi spécifiées : la plage de variation de la valeur, l’unité de mesure et autres paramètres définies par l’utilisateur.

Plusieurs modes peuvent permettent de lire les données du serveur OPC:

  • Mode synchrone: le client envoie une requête au serveur et attend sa réponse.
  • Mode asynchrone: le client envoie une requête et procède immédiatement aux autres tâches. Après avoir traité la demande, le serveur envoie une notification au client et ce dernier peut récupérer les données fournies.
  • Mode d’abonnement: le serveur n’envoie au client que les balises changées. Pour ne pas confondre le bruit des données et leur changement, on prévoit le concept de «zone morte» dépassant légèrement l’amplitude maximale possible du signal parasite.
  • Mode de mise à jour des données: le client appelle la lecture simultanée de toutes les balises actives. Toutes les balises sont actives sauf celles désignées comme « passives ». Cette division des balises réduit le chargement du processeur suite à la mise à jour des données reçues depuis un appareil physique.

Le client reçoit les données soit depuis le serveur OPC ou le tampon, soit directement depuis le matériel terminal. La lecture à partir du tampon est plus rapide, pourtant, les données qu’il contient peuvent expirer au moment de leur lecture. Le serveur OPC met périodiquement à jour les données en demandant les informations aux terminaux.

Les données sont écrites sur le matériel terminal en mode synchrone ou asynchrone sans mise en mémoire tampon intermédiaire. En mode synchrone, le client enregistre les données et attend la confirmation de l’instruction, fournie par le matériel terminal. Ce processus peut prendre beaucoup de temps, pendant lequel le client doit attendre. Le mode asynchrone permet au client d’envoyer une requête au serveur et de procéder aux autres tâches. Une fois l’enregistrement fini, le serveur enverra au client une notification appropriée.

Norme OPC UA

OPC UA (Unified Architecture) est une norme actuelle qui décrit la transmission des données au niveau des réseaux industriels. Elle fournit une communication sécurisée et fiable entre les appareils, tout en étant indépendante de la plateforme matérielle, ce qui permet l’échange de données entre les appareils munis de différents systèmes d’exploitation.

L’atout de l’OPC UA est le modèle d’information orienté objet permettant de « visualiser » les données (à la manière du navigateur Web) et l’architecture orientée services (SOA). Auparavant il était nécessaire d’utiliser plusieurs serveurs OPC : OPC DA pour les données en temps réel, OPC HDA pour l’historique et OPC AE pour les événements, et maintenant tout cela et bien plus encore est fourni par un seul standard OPC UA. Au lieu d’un arbre de balises, on utilise les hôtes ou les objets. Chaque hôte comprend les variables, les méthodes et d’autres structures de données de l’objet réel.


L’échange de données se fait désormais via les structures binaires et les documents XML. En complément du modèle client / serveur, il est possible d’utiliser le modèle éditeur / abonné. La norme définit également une technique de support de la réservation (si un client devient indisponible, un autre le remplacera) et du rétablissement rapide de la liaison en cas de panne. Le transfert des données se fait via la couche de transport TCP, HTTP / SOAP ou HTTPS. Au lieu des techniques de contrôle des droits d’accès Windows, OPC UA supporte les certificats numériques et prévoit la possibilité de crypter les données transmises.

La rétrocompatibilité avec l’OPC DA se fait via un wrapper et un module proxy. Pour transférer les données via les routeurs et les pares-feux, l’OPC DA nécessitait l’utilisation d’un logiciel intermédiaire, tandis que l’OPC UA fonctionne sans ce dispositif intermédiaire. La spécification OPC UA comprend plusieurs parties qui décrivent la logique de fonctionnement des serveurs et des clients. La version détaillée de la spécification est disponible au niveau de la norme CEI 62541.

Inconvénients de l’OPC

Les erreurs comprennent:

  • Abus des techniques OPC.
  • Utilisation injustifiée des techniques WEB au niveau de l’automation industrielle.
  • Utilisation des protocoles temps réel pour les tâches télémécaniques.

Par exemple, vous avez découvert une bonne technique OPC et vous aspirez à remplacer tous les protocoles de couche inférieure par OPC uniquement. Pourtant, la conversion des protocoles industriels Modbus, Profibus et tout autre protocole sur le PC prendra du temps supplémentaire et gaspillera les ressources informatiques. Les tests ont prouvé que le système SCADA est 2 fois plus rapide s’il fonctionne directement avec les protocoles industriels qu’avec un serveur OPC intermédiaire. Sans doute, il existe des systèmes éliminant la nécessité de contrôler le processus en temps réel, mais ce fait doit être pris en compte lors de la conception d’un système d’automation industrielle.

Les inconvénients comprennent également la complexité de la configuration du serveur OPC et la nécessité de lier à la main des milliers de balises. En outre, le serveur OPC n’est pas toujours gratuit et le plus souvent il faut acheter une licence pour chaque PC.

Si le système envoie les données via Internet vers le Cloud, le faible cryptage peut représenter une faille de sécurité et peut devenir un objet d’attaques de fouineurs, ce qui met en cause la sécurité de toute l’automation industrielle.

OPC UA : pour travailler en temps réel

OPC UA over TSN pour supporter le fonctionnement en temps réel, la technique OPC UA peut utiliser le modèle éditeur / abonné (au lieu du modèle client / serveur) à la fois avec la technique TSN (Time-Sensitive Networking).

Le modèle client / serveur fonctionne est pratique en cas de connexion point à point, mais en cas de grand nombre d’appareils à interfacer, les retards de mise à jour des données peuvent survenir. Le modèle éditeur / abonné assure une connexion un-à-plusieurs et plusieurs-à-plusieurs. Le serveur envoie ses données au réseau (publication) et chaque client peut recevoir ces données (abonnement).


La technique Ethernet avec TSN complète les matériels Ethernet existants en termes de qualité de traitement du trafic (QoS), y compris l’attribution de bande passante, la synchronisation, l’assurance de faible intervalle de décalage et la réservation. Les données, transmises par divers appareils via le réseau Ethernet, sont des flux. Les commutateurs Ethernet avec TSN permettent d’attribuer sa propre bande passante à chaque flux et d’assurer sa transmission en temps réel. Plusieurs flux peuvent être combinés (ce processus est appelé « convergence réseau ») et envoyés via le même réseau en temps réel. Il s’avère que sans TSN, un seul protocole temps réel peut être transmis via le réseau Ethernet, tandis que TSN permet d’en envoyer plusieurs.

La combinaison des techniques OPC UA over TSN permet d’organiser la communication entre les équipements de différents fabricants et de garantir une réception continue des données en temps réel.

OPC Foundation prévoit d’utiliser OPC UA non seulement pour transférer les données entre les contrôleurs et le système SCADA, mais également pour les transférer au niveau du terrain depuis les capteurs et les appareils IoT vers les contrôleurs, ainsi que depuis les systèmes locaux vers le Cloud. Pour ce faire, on prévoit de diviser la norme OPC UA en 4 parties, en fonction des performances de l’appareil et des capacités dont il a besoin:

  • Nano Embedded Device Server: prévu pour les plus petits capteurs.
  • Micro Embedded Device Server: prévu pour les CLP pas chers.
  • Embedded UA Server: prévu pour les CLP plus performants et les passerelles frontalières.
  • Standard UA Server: configuration complète assurant toutes les fonctions.

Perspectives d’avenir

Il est certain que malgré que la norme OPC DA soit encore largement utilisée, elle ne répond plus aux exigences modernes de l’automation. Elle est basée sur les techniques héritées, en plus, elle est difficile à configurer et ne répond pas aux normes de sécurité actuelles. La norme OPC UA actuelle, qui prend la relève, prévoit la possibilité de crypter les données et de créer les systèmes unifiés de transmission des données depuis les capteurs vers le Cloud. L’utilisation combinée d’OPC UA avec TSN étend considérablement les performances de la technique de transmission des données en temps réel. Sans doute, il ne faut pas se dépêcher et se débarrasser de l’OPC DA, mais il convient d’actualiser, au fur et à mesure, les systèmes existants et de passer à l’OPC UA à l’aide des wrappers et des modules proxy.


Pour plus d'informations, n'hésitez pas à prendre contact avec notre équipe! via e-Mail: consultation@ipc2u.fr ou directement par téléphone: +33 (0)1 84 24 02 82

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