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OPC UA Server/Client für IoT-Gateway

Micro-SD-Karte mit dem OPC UA Server/Client mit Firewall für das Gateway Simatic IOT2040

Als Manager zwischen Fertigung und Cloud dient das intelligente Gateway Simatic IOT 2040, eine zuverlässige offene Plattform für die Sammlung, Aufbereitung und Übermittlung von Daten direkt aus der Fertigung. Inzwischen steht für dieses Gateway eine Micro-SD-Karte mit OPC UA Server/Client zur Verfügung.

Im Zuge von Industrie 4.0 schreitet die Vernetzung zwischen Fertigung und Office IT unaufhaltsam voran. Produktionsdaten werden in der Cloud gesammelt und ausgewertet, um die Fertigung zu optimieren. Ein intelligentes Gateway, das die Kommunikation zwischen den verschiedenen Datenquellen harmonisiert, analysiert und an die entsprechenden Stellen weiterleitet, ist dafür eine einfach zu implementierende Lösung. Damit können zukunftsgerichtete Fertigungskonzepte auch für bestehende Anlagen umgesetzt werden [1].
Siemens hat mit dem Simatic IOT2040 eine Lösung vorgestellt, die sich einfach in die bereits bestehende Anlage integrieren lässt. Es ist somit eine kostengünstige und sichere Alternative zur kompletten Nachrüstung älterer Maschinen. Die Nachrüstung kann hierbei schrittweise für einzelne Maschinen erfolgen. Ein zuverlässiger Langzeiteinsatz in der rauen Industrieumgebung ist laut Siemens gewährleistet [1].

Verbindung zwischen Cloud und Fertigung
Die Nutzung von Maschinen- und Produktionsdaten eröffnet viele Anwendungsmöglichkeiten. Das offene cloudbasierte IoT-Betriebssystem Mindsphere bietet Industrieunternehmen eine offene Infrastruktur und ermöglicht neuartige digitale Dienstleistungen. Mindsphere steht mittlerweile nicht nur für SAP Hana zur Verfügung, sondern soll auch für Microsoft Azure verfügbar sein. Außerdem wurde angekündigt, mit IBM zusammenzuarbeiten. Konkret ist geplant, den Datenanalyse-Service „IBM Watson Analytics“ und weitere Analysewerkzeuge in Mind-sphere zu integrieren.
Das IoT-Gateway Mindconnect IoT2040 stellt hierzu die Verbindung zwischen der Fertigung und der cloudbasierten Datenanalyse her. Ein konkretes Beispiel ist die präventive Wartung von Maschinen. Diese basiert auf dem frühzeitigen Erkennen sich anbahnender Verschleißerscheinungen anhand der Auswertung relevanter Indikatoren. Das Gateway übernimmt dabei die Aufgabe der Erfassung, Speicherung und Kommunikation relevanter Daten an cloudbasierte Analyse-Tools und ermöglicht somit präventive Wartungskonzepte – gerade auch für bestehende Anlagen [1].
Um individuelle Kundenwünsche auch in der Fertigung effizient umzusetzen, ist eine direkte Kommunikation der Auftragsdaten aus dem ERP-System in den Fertigungsbereich notwendig. So können beispielsweise kundenspezifische Konfigurations- oder Verpackungswünsche an den entsprechenden Stellen in der Produktion automatisch abgerufen werden. Das IoT-Gateway vereint die Aufgabe als Schnittstelle zum ERP-System und der entsprechenden Kommunikation von Automatisierungskomponenten. Dies beschleunigt den Fertigungsprozess, minimiert Fehler und erhöht die Transparenz der Auftragsbearbeitung.
Das Gateway Simatic IOT2040 ist eine zuverlässige offene Plattform für die Sammlung, Aufbereitung und Übermittlung von Daten direkt aus der Fertigung. Es harmonisiert die Kommunikation zwischen den verschiedenen Datenquellen, eignet sich ideal als Gateway zwischen Produktion und Cloud. Das Gateway macht Maschinen fit für das Cloud-Zeitalter, ausgerüstet ist das Gateway mit einem stromsparenden Intel-Quark-Prozessor und zahlreichen Schnittstellen (Intel Quark x1020 (+Secure Boot), 1 GB RAM, zwei Ethernet-Schnittstellen, 2 x RS-232/485-Schnittstellen, Batterie gepufferte RTC). Für das Gateway ist Yocto Linux Support vorgesehen. Außerdem ist es einfach erweiterbar mit Arduino Shields und Mini-PCIe- Cards.

Micro-SD-Karte mit dem OPC UA Server/Client
Von IBH Softec [2] steht eine Micro-SD-Karte mit dem OPC UA Server/Client mit Firewall für das Gateway IOT2040 zur Verfügung. Ein einfaches Einstecken der von IBH Softec vorkonfigurierten Micro-SD-Karte macht aus dem Gateway ein OPC UA Server/Client für Siemens-Steuerungen. Diese Lösung erweitert die Steuerungen Simatic S5, S7-200, S7-300, S7-400, ­S7-1200, S7-1500 und Logo! (Ethernet Versionen) um OPC UA. Der IBH OPC UA Server wird mit dem frei verfügbaren IBH OPC Editor, dem Original Siemens Step 7 oder dem TIA Portal konfiguriert. Es muss keine spezielle Software auf dem Programmiergerät installiert werden. Somit ist der IBH OPC UA Server/Client nahtlos in das SPS-Projekt integriert. Es können bis zu 31  Step-7- und/oder TIA-Projekte parallel verarbeitet werden.
Die Variablendefinitionen werden von der Programmiersoftware in den IBH OPC UA Server/Client über Ethernet übertragen. Die Variablenattribute (zum Beispiel Schreibschutz oder Grenzwerte) definiert man direkt im SPS-Projekt. Es ist somit ein symbolischer Zugriff auf Strukturen in Datenbausteinen und Variablen möglich. Die Kommunikation mit den Steuerungen erfolgt über TCP/IP.
Falls eine Steuerung keinen Ethernet-Anschluss hat, kann man dies über die bewährten Kommunikationsadapter IBH Link S7++ oder IBH Link S5++ realisieren. Der Vorteil der Lösung von IBH Softec ist, dass es sich um eine Server-/Client-Version handelt. Die OPC-Client-Funktion ermöglicht auch den Datenaustausch von OPC-Servern untereinander. Es können über diese Funktion zum Beispiel Steuerungen oder andere Geräte verschiedener Hersteller via OPC UA Daten austauschen. Die Konfiguration der Client-Funktion erfolgt über die Weboberfläche. Während OPC Data Access Zugriff auf Daten in Echtzeit ermöglicht, unterstützt OPC Historical Access, auch OPC HDA benannt, den Zugriff auf bereits gespeicherte Daten. Von einfachen Datalogging-Systemen bis zu komplexen Scada-Systemen lassen sich historische Daten auf genormte Weise abfragen. Die Aktivierung der historischen Daten erfolgt komfortabel über die Weboberfläche. (hz)

Literatur
[1] Gateway Simatic IOT2040: www.siemens.de/iot2000
[2] IBH Softec GmbH, Beerfelden: www.ibhsoftec.com