Toma forma el nuevo estándar Open Process Automation (O-PAS)

Todos conocemos la demanda histórica de los grandes usuarios para el establecimiento de estándares que hagan de la industria un espacio mucho más abierto y modular. Basta ya de sistemas de control cerrados a la tecnología de un único fabricante. En respuesta a ello, la OPAF (Open Process Automation Forum) trabaja desde noviembre de 2016 para ello con la creación del estándar O-PAS^TM.

El nuevo estándar aplica a todos los sistemas habituales cubiertos por el modelo ISA 95 en plantas industriales tanto discretas como de proceso continuo:

• Sistemas para la optimización de fabricación y planificación (MES, MOM,…)
• Sistemas de control distribuido (DCS)
• Interfaces hombre-máquina (HMI)
• Controladores lógicos programables (PLC)
• Entradas/salidas (E/S)

  
  

El desarrollo del estándar se desarrolla con una hoja de ruta que cubre sucesivamente los siguientes puntos:

• Versión 1: Interoperabilidad entre componentes.
• Versión 2: Portabilidad de las configuraciones entre diferentes sistemas.
• Versión 3: Portabilidad de las aplicaciones entre diferentes sistemas.

  
  

Los diferentes actores que participan en la iniciativa son los siguientes:

Estándar de estándares

La creación de un ‘estándar de estándares’ para la automatización abierta, interoperable y segura no es tarea sencilla. OPAF tiene la intención de acelerar el proceso aprovechando el trabajo de otros grupos y asociaciones de manera confederada. El estándar OPAS hace referencia a estándares existentes y aplicables siempre que existan y sea posible.

Cuando no existe algún estándar que cubra la necesidad, OPAF trabaja con organizaciones asociadas para actualizar el estándar subyacente o agregar requisitos OPAS para lograr una definición adecuada.

Por ello, OPAF ha establecido convenios de vinculación con las diferentes organizaciones líderes en el establecimiento de estándares como:

• International Society of Automation (ISA)
• Control System Integrators Association (CSIA)
• Distributed Management Task Force (DMTF)
• FieldComm Group
• Industrial Internet Consortium (IIC)
• NAMUR
• OPC Foundation
• PLCopen
• ZVEI

  
  

Además, OPAF está en conversaciones con AutomationML y el ISA Security Compliance Institute (ISCI) como autoridad de validación de ISA/IEC 62443.

Como ejemplo práctico de esta cooperación, O-PAS Versión 1.0 se creó con aportes significativos de tres estándares existentes:

Siguiente paso: configurar la portabilidad

La portabilidad de configuración que propone O-PAS en su versión 2.0, desarrolla el requisito para el movimiento de estrategias de control entre diferentes componentes y sistemas de automatización. Los usuarios finales requieren que la propiedad intelectual (PI), en forma de estrategias de control, sea portátil.

Los estándares existentes bajo evaluación para su uso en la Versión 2.0 incluyen:

La versión 3.0 de O-PAS aborda la portabilidad entre aplicaciones, que se define básicamente como la capacidad para el uso de aplicaciones compradas a proveedores de software e incorporarlas dentro de sistemas de terceros de acuerdo con las licencias aplicables.

Arquitectura técnica

El estándar OPAS admite las interacciones de comunicación que se requieren dentro de una arquitectura orientada a servicios (SOA) para los sistemas de automatización al describir las interfaces específicas que utilizarán los componentes de hardware y software. Estos componentes se utilizarán para diseñar, construir y poner en marcha sistemas de automatización para usuarios finales.

La visión del estándar OPAS es permitir que las interfaces se utilicen en un número ilimitado de arquitecturas, lo que permite que cada sistema de automatización de procesos sea ‘adecuado para el propósito’ para cumplir objetivos específicos. El estándar no definirá una arquitectura de sistema, pero utilizará ejemplos para ilustrar cómo se pretende utilizar las interfaces a nivel de componente.

Las arquitecturas de sistema contienen los siguientes elementos:

• Nodo de control distribuido (DCN): un DCN puede ser un controlador basado en microprocesador, un bloque de E/S o cualquier dispositivo que pueda manejar entradas y salidas y ser programado. Una característica clave de O-PAS es que el hardware y el software de control están desacoplados. Una DCN consta de hardware y algún software de sistema que permite que la DCN se comunique en la red O-PAS, llamada OCF, y que le permite ejecutar software de control.

  
  

• Plataforma de control distribuido (DCP): una DCP es el hardware y las interfaces de software estándar requeridas en todas las DCN. Las interfaces de software estándar son una plataforma común sobre la cual se ejecutan los programas de software de control. Esta plataforma proporciona la infraestructura física y la capacidad de intercambio para que los usuarios finales puedan controlar el software y el hardware de múltiples proveedores.

  
  

• Marco de control distribuido (DCF): un DCF es el conjunto estándar de interfaces de software que proporciona un entorno para ejecutar aplicaciones, como el software de control. El DCF es una capa en la parte superior del DCP que proporciona a las aplicaciones un conjunto consistente de funciones relacionadas con O-PAS sin importar en qué DCN se ejecuten.

  
  

• Marco de conectividad OPAS (OCF): El OCF es una especificación de comunicación interoperable, segura y libre. En la versión 1 de O-PAS, el OCF utiliza OPC UA.

  
  

• Plataforma informática avanzada (ACP): una ACP es una plataforma informática que implementa la funcionalidad DCN pero tiene recursos informáticos escalables (memoria, disco, núcleos de CPU) para manejar aplicaciones o servicios que requieren más recursos de los que normalmente están disponibles en un DCP de perfil pequeño. Los ACP también se pueden usar para aplicaciones que no se pueden distribuir fácil o eficientemente. Se prevé que los ACP se instalen bien en servidores locales (on premise) o nubes.

  
  

• Dentro del estándar OPAS, las DCN representan un bloque de construcción fundamental. Pueden ser físicas o virtuales. Cuando son virtuales se muestran como un DCF. Los DCN pueden, grandes o pequeños, sin E/S y con diferentes funcionalidades. Por el momento, la densidad de E/S permitida para DCN no está establecida, por lo que es posible que alguna estandarización junto con el mercado impulse la configuración final.

  
  

Las DCN también actúan como puerta de enlace a otras redes o sistemas, como sistemas antiguos, bridges inalámbricas, redes de campo digitales, E/S y controladores como sistemas DCS o PLC. También se puede acceder a interfaces IOT.

Construyendo sistemas

Los usuarios finales de hoy están obligados a trabajar con múltiples sistemas e integrarlos con enormes dificultades en casi todas las plantas o instalaciones de proceso. O-PAS propone un estándar que permita que los usuarios puedan construir sistemas a partir de componentes y subsistemas suministrados por múltiples proveedores, con facilidad y sin necesidad de integración personalizada y compleja. El estándar O-PAS propone sistemas que trabajen juntos sin grandes necesidades de integración siempre que sean compatibles con esta propuesta. Todo ello con la consiguiente reducción de los costes de inversión inicial, así como de mantenimiento de la instalación durante toda la vida útil del activo o de los diferentes activos que forman el ecosistema productivo.

Al desacoplar el hardware y el software y emplear una SOA, las funciones de software necesarias se pueden ubicar en muchas ubicaciones o procesadores diferentes. Las aplicaciones de software no solo pueden ejecutarse en todo el hardware, sino que también pueden acceder a cualquier E/S para aumentar la flexibilidad al diseñar un sistema. Por otro lado, el establecimiento de este estándar conducirá a una integración fluida y sin fisuras entre el mundo OT y el mundo IT, extrayendo de ambos mundos el máximo de capacidades.

Completo e integrador

Como resumen, es bien sabido que los diferentes proveedores de sistemas de control industrial ofrecen en la actualidad dispositivos y sistemas patentados e incompatibles entre ellos y, a veces, incompatibles con versione anteriores de sus propios productos. Usuarios e integradores se enfrenten a grandes dificultades para la integración de dispositivos de diferentes fabricantes y de diferentes generaciones.

Para abordar y solucionar de forma definitiva este problema, la OPAF está liderando la construcción de un estándar (O-PAS) para la automatización de procesos, abierto e integrador. Construido parcialmente sobre otros estándares y ampliado para cubrir todos y cada uno de los aspectos relevantes en una instalación de producción industrial discreta o continua.     

Bibliografía.

https://publications.opengroup.org/standards/opa

https://www.isa.org/intech-home/2019/may-june/features/the-open-process-automation-standard-takes-flight>

Este artículo aparece publicado en el nº 542 de Automática e Instrumentación págs. 54 a 56.