「OPC UAのPub/Sub通信」

私は入社1年目の本社事業所勤務の社員です。
先日OPC UAやPub/Sub通信を用いるシステムの開発案件に携わる機会がありました。
ソフテックだよりでも度々テーマとして取り上げられるOPC UAですが、今回はPub/Sub通信について紹介いたします。

OPC UAとは、OPCを拡張したサービス指向アーキテクチャです。
このOPCとは、産業オートメーション分野にて安全なデータのやり取りを目的とした標準規格で、現在はOPC Classicと呼称することもあります。
2008年にOPC Foundationが発表し、のちに国際標準化(IEC62541)されました。
主に以下の特徴があります。

• OPC Classicとの機能の同等性
  OPC Classicにて使用できた機能と同等のものを使用することができます。
• プラットフォーム非依存性
  使用するプラットフォームに依存せず、異なるプラットフォーム間でも通信ができます。
• 安全性
  盗聴や改ざん、なりすましなどの対策がされています。
• 拡張性
  今後フレームワークが改良されるときにも、機能の追加や性能向上がしやすいよう設計されています。
• 包括的情報モデリング
  複雑な多階層構造などにおいてもモデル化し、拡張性があります。

マルチキャストやBrokerによる1対多の通信を目的とした通信モデルです。PublisherとSubscriberに分かれ、それぞれが以下の役割を持っています。

• Publisher
  マルチキャストアドレスやMQTTのBrokerへデータの送信(Publish)
• Subscriber
  自分に必要なデータの受信(Subscribe)

図1. Pub/Sub通信 例

なお、サーバ内でPublisherとSubscriberを共存させることもできます。

次にPub/Subのメリット、デメリットを表にまとめました。
一般的なUDP通信となりますので、同じ特徴があります。

OPC UAサーバを用いたPub/Subでは、これらに加えて、「2.OPC UAとは」で紹介した特徴を持っています。

Pub/Subを用いるにあたり、設定する項目を紹介いたします。
本来はもっと多くありますが、イメージを掴むために一部分を抜粋しました。

Publisher側

※AddressSpaceと呼ばれる構造体内のメンバをNodeと呼びます。NodeIDはNodeを特定するためのIDで、AddressSpace内で一意です。

Subscriber側

他にも数多くの設定項目がありますが、Pub/Sub通信のイメージはできるのではないかと思います。
気になる方は参考サイトをご覧ください。

OPC UAサーバのPub/Subの設定を確認するのには、UaExpertを使用しました。
UaExpertはUnified Automation社が無償提供しているOPC UAクライアントソフトです。
まずはPub/Subの設定が表示できるように設定を変更します。
UaExpertを起動したら、上部のメニューからSettingをクリックし、Configure UaExpertをクリックします。

ウィンドウが表示されたら、Filterに「PubSub」と入力します。
「PubSubCofigPlugin.EnableConfigurationViewTab」のValueをtrueにし、OKをクリックします。

続いてOPC UAサーバに接続します。
細かい操作については題意とそれるため、省略いたします。
今回はPubSubTestServerに接続しました。

次にウィンドウ上部のAdd Documentをクリックし、ウィンドウを表示させます。
Document TypeでPubSubConfigViewを選択し、Addをクリックします。

Network Viewが表示され、接続中のサーバの設定が表示されます。
ここではUDP Multicastの設定など、Pub/Subのネットワークに関する設定が見られます。
なお、ここに何も表示が無ければ、サーバのPub/Sub設定が上手くいっていないことになります。
最初に設定を変更したことで、Configuration Viewに切り替えることができます。

左下の「Configuration View」をクリックします。
ここではNodeIDやPublish先アドレス、Publishing Intervalなどの設定が見られます。

UaExpertを用いて、Pub/Sub通信が行われていることを確認します。
2つのサーバ「PublishTestServer」と「SubscribeTestServer」を用意しました。
前者にてPublishしたデータを、後者にてSubscribeする設定となっております。
それぞれPublishとSubscribeに設定したNodeをDataAccessViewに表示させます。
まずはProjectにてPublishTestServerをクリックし、AddressSpaceからPublishの左側の>をクリックします。「PublishNode」が表示されたら、これをData Access Viewにドラッグ&ドロップします。

同様にSubscribeTestServerのSubscribe内にあるSubscribeNodeをDataAccessViewに表示させます。

PublishTestServerのValueに「10」を入力すると……。

SubscribeTestServerのValueが「10」になりました。

今回はOPC UAのPub/Sub通信について、簡単にご紹介いたしました。
私自身は、最初はPub/Subモデルのイメージもよくわかっておりませんでした。
今回では紹介しきれないほどの細かい設定項目やOPC UA機能との連携などまだまだ多くの機能があります。
設定する必要のパラメータが多く、小さなミスでも失敗してしまうなど、扱いや開発が難しい面もあります。
しかしTCP/IPと違い、通信相手がいなくてもよいので、Publisher側の設定だけを確認するなど、やりやすい面もありました。
これからPub/Subに触れる際の足掛かりとして、Pub/Sub通信がどのようなものか知っていただけたら幸いです。
最後までお読みいただきありがとうございました。