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01 Das Internet der Dinge für die Fabrikumgebung setzt auf einer umfassenden intelligenten Umgebung auf

Produktions- und IT- Welt mit OPC UA verbinden

02 Im Gerät „echocollect e (OPC)“ steht ein Embedded-OPC-UA- Server für die einfache Einbindung in ein Gesamtsystem zur Verfügung

03 In der „dataFEED OPC Suite“ ist ein OPC-UA-Server integriert, der die Realisierung von OPC-UA-Client-Anwendungen innerhalb der Gesamtlösung ermöglicht

OPC UA gilt als Schlüsseltechnologie im Zusammenhang mit Industrie 4.0. So ermöglicht sie unter anderem den einfachen Datenaustausch zwischen Produktions- und IT-Welt. Softing bietet zwei Produkte an, um Lösungen entsprechend der jeweiligen Applikation OPC-UA-fähig zu machen: ein Gateway mit einem Embedded-OPC-UA-Server und eine All-in-one-Softwarelösung für den Einsatz auf einer PC-Plattform.

Die OPC-Technologie hat sich seit Verabschiedung der ersten Version vor etwa 20 Jahren in der Industrie als De-facto-Standard für den herstellerübergreifenden Datenaustausch etabliert. Der OPC-Classic-Standard setzt auf dem COM/DCOM-Modell von Microsoft und der Windows- Plattform auf. Die aktuellen Entwicklungen in der Automatisierungswelt und allgemein in der industriellen Datenverarbeitung lassen sich aber nur schwer auf den OPC-Classic-Standard abbilden. Deshalb hat die OPC Foundation den Standard zu OPC Unified Architecture (UA) weiterentwickelt. Er bietet Lösungen für die erkannten OPC-Classic-Nachteile und deckt die Anforderungen für den Einsatz in einer modernen Gerätearchitektur ab.

Neue Möglichkeiten mit OPC UA
OPC UA erweitert OPC Classic um wesentliche Eigenschaften, wie Plattformunabhängigkeit, Skalierbarkeit und Hochverfügbarkeit. Eine wichtige OPC-UA-Funktionalität ist das Aufsetzen auf Diensten und die zentrale Weitergabe der Daten über das Internet. Dafür kommt ein einheitliches Informationsmodell zum Einsatz, das ebenfalls Programmaufrufe und die Unterstützung komplexer Datenstrukturen beinhaltet, wie sie für die Durchführung vielschichtiger Aufgaben, zum Beispiel in Batch-Prozessen, notwendig sind. Das neu definierte Kommunikationsprotokoll basiert auf TCP und erfordert lediglich die Freischaltung des Ethernet- Ports 4840. Damit erlaubt es den rechnerübergreifenden Datenaustausch auch über Firewall- Grenzen hinweg und zusammen mit dem Einsatz von Nicht-Windows-Rechnern. Außerdem legt der OPC-UA-Standard ein besonderes Augenmerk auf eine zuverlässige Kommunikation und überwacht dazu die Verbindungen, sodass Daten bei einem Verbindungsabbruch zwischengespeichert und nach einem erneuten Verbindungsaufbau weitergeleitet werden. Optional führt die Realisierung einer vollständigen oder teilweisen Redundanz zu einer verbesserten Datensicherheit. Schließlich definiert der OPC-UA-Standard ein umfangreiches Sicherheitskonzept. Dieses setzt auf erprobte Internet-Sicherheitsmechanismen und unterstützt die Authentifizierung der Benutzer über den Benutzernamen und das Passwort. Alternativ kann auch die Authentifizierung der Anwendung über digitale Zertifikate erfolgen. Darüber hinaus kann beim Datenaustausch optional eine 128- oder 256-bit-Verschlüsselung genutzt werden.

Auf dem Weg zum Internet der Dinge
Mit all diesen Erweiterungen ermöglicht OPC UA die Umsetzung neuer Konzepte mit einer erhöhten vertikalen und horizontalen Datenintegration. Parallel wird die Tür zum Einsatz in neuen Branchen, die eine lückenlose Datenaufzeichnung fordern, geöffnet. Die Grundlage dafür bildet die Möglichkeit zum Einsatz der OPC-UA-Technologie auf PC genauso wie in Embedded-Systemen. Auf diese Weise lassen sich damit auch Lösungen realisieren, welche die Intelligenz aus den Leitsystemen in die Komponenten vor Ort verlagern. Damit können einmal verfügbare Daten und Informationen an anderen Stellen genutzt und weiter verarbeitet werden. Neue Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodelle entstehen. Damit etabliert sich OPC UA als ideale Grundlage für die Realisierung eines „Internets der Dinge“ für die Fabrikumgebung. Hier sind alle Maschinen, Lagersysteme und Betriebsmittel weltweit vernetzt und stehen für die Produktion mit einer dezentralen Intelligenz zur Verfügung, welche die Fertigung lokal selbsttätig optimiert, die Produkte eindeutig identifiziert und jederzeit deren Standort und Zustand ermittelt. Diese Vision ist auch unter der Initiative Industrie 4.0 der deutschen Bundesregierung bekannt.

OPC-UA-Produkte im Einsatz
Die verfügbaren OPC-UA-Produkte zeigen, dass diese Technologie die Grundlage für den Datenaustausch in einer umfassenden Internet-der-Dinge-Implementierung bildet. So koppelt das Produkt „echocollect e (OPC)“ der Firma Softing Industrial Automation die Steuerungswelt mit der IT-Welt und erlaubt den Zugriff auf Prozess-, Fertigungs- sowie Qualitätsdaten in mehr als 50 Steuerungstypen. Für die Anbindung an übergeordnete Systeme ist in die Hardware ein Embedded-OPC-UA-Server integriert, über den das Lesen, Schreiben und der zyklische Zugriff auf sämtliche Daten in den Steuerungen möglich wird. „echocollect e (OPC)“ unterstützt eine einfache Konfiguration der Steuerungsdaten. Dazu steht für führende Steuerungen eine komfortable Funktionalität zum Import (aus Siemens-S7-Projekten) bzw. zur Online-Suche (in Rockwell Controllogix-Steuerungen) zur Verfügung. Die Benutzeroberfläche setzt auf praxiserprobten Voreinstellungen auf. Für die Einbindung der Steuerungen sind keine Anpassungen im Steuerungsprogramm notwendig. Damit wird eine schnelle und einfache Inbetriebnahme erreicht. Änderungen an der Konfiguration können ohne einen Neustart der Anlage vorgenommen werden.

Ideales Bindeglied
Aufgrund des Embedded-OPC-UA-Servers eignet sich „echocollect e (OPC)“ für die Einbindung bestehender Anlagen und Maschinen mit Steuerungen, die keinen OPCUA- Server unterstützen, in Managementsysteme mit einem OPC-UA-Client. Damit lassen sich auch heterogene Architekturen und Lösungen ohne Windows-PC realisieren. Einmal konfiguriert, läuft „echocollect e (OPC)“ jahrelang – ohne Benutzereingriff, Aktualisierungen und Wartungskosten. Die Vorteile des Produkts zeigen sich etwa bei dessen Einsatz für die Realisierung einer Produktsteuerung in einem Verbund von Werken auf der ganzen Welt bei einem Automobilzulieferer. Für die nahtlose Abstimmung der Anlagen und Maschinen mit der Ressourcenplanung und Fertigungssteuerung verlangt diese globale Präsenz eine Vernetzung der eingesetzten Systeme. Eine Hauptanforderung ist dabei der durchgängige vertikale Datenaustausch zwischen Steuerungs-, Management- und Leitebene zur Weitergabe und Verdichtung der Produktionsdaten sowie zur Übertragung von Rezepturen in die Steuerungen. Entscheidend für die Wahl von „echocollect e (OPC)“ waren neben der einfachen Einbindung der gesamten eingesetzten Steuerungsplattformen auch die Unterstützung einer standardisierten Schnittstelle für die Integration übergeordneter Managementsysteme sowie eine einfache und schnelle Konfiguration und Inbetriebnahme.

Einsatzbereites Komplettpaket
Die „dataFEED OPC Suite“ ist ein weiteres Softing-Produkt, das den OPC-UA-Standard unterstützt. Diese reine All-in-one-Softwarelösung für den Einsatz auf einer PC-Plattform vereint alle Komponenten für den Datenaustausch über OPC in einem Komplettpaket. Neben dem Zugriff auf die Steuerungen führender Hersteller, wie Siemens, Rockwell, Mitsubishi und B&R, deckt der Funktionsumfang ebenfalls eine Tunnelimplementierung zur Vermeidung von DCOM-Problemen sowie eine verbesserte Kommunikation zwischen Steuerungen, OPC-Servern und OPC-Clients ab, unabhängig davon, ob diese OPC Classic oder OPC UA verwenden. Mithilfe des integrierten „dataFEED OPC Servers“ erhalten beliebige OPC-Client-Anwendungen ohne Änderung des Steuerungsprogramms Lese- und Schreibzugriff auf alle Eingangs- und Ausgangsdaten, Datenblöcke, Merker, Timer und Zähler in den Steuerungen. Über den eingebundenen OPC-UA-Server lassen sich auch Komponenten ohne OPC-UA-Unterstützung, wie Siemens-S5-Steuerungen, in OPC-UA-Client-Anwendungen integrieren. Somit können bestehende Komponenten weiter genutzt und damit Kosteneinsparungen erzielt werden. Ergänzt wird die Suite- Funktionalität durch die Möglichkeit zur Speicherung von Prozess- und lokalen Daten in SQL-Datenbanken sowie in Textdateien. So lassen sich beispielsweise erforderliche Nachweise (etwa von Materialverbräuchen) führen, aber auch Analysen durchführen, die Ansätze für die Prozessoptimierung bieten.

Mit OPC UA für die Zukunft gerüstet
Aufgrund der hohen Marktdurchdringung von OPC und des Nachweises erfolgreich realisierter Lösungen hat sich die OPC-UA-Technologie schnell als offener Standard etabliert, der die Unabhängigkeit von proprietären Lösungen mit der Garantie einer zukunftssicheren Interoperabilität kombiniert. Für diese Akzeptanz spielt ebenfalls eine Rolle, dass für den Einsatz von OPC UA keine Änderungen in bestehenden Systemen notwendig sind, da diese Technologie auch zusammen mit OPC-Classic-Anwendungen einsetzbar ist. Die individuellen Anforderungen bestimmen dann den passenden Lösungsweg, zum Beispiel ob ein Hardwareprodukt zum Einsatz kommt oder ob dafür besser eine reine Softwarelösung Verwendung findet. Die vorgestellten Softing-Produkte haben sich bereits in einer Vielzahl von Einsatzfällen in der Praxis bewährt. Daneben verfügt das Unternehmen über weitere Produkte, umfangreiches Know-how und Erfahrung im Zusammenhang mit OPC-UA-Lösungen. (ih)

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Autoren:
Vaclav Bouse ist Produktmanager bei der Softing Industrial Automation GmbH in Haar. vaclav.bouse@softing.com

Andreas Röck ist Produktmanager bei der Softing Industrial Automation GmbH in Haar. andreas.roeck@softing.com