Die reibungslose Kommunikation zwischen Maschinen und Geräten verschiedener Hersteller ist Voraussetzung für die erfolgreiche Digitalisierung einer Produktion. Die Standardisierung ist eine der größeren Herausforderungen bei der Umsetzung von Industrie 4.0.
Gleichzeitig steigen die Anforderungen an industrielle Netzwerke. Diese sollen konvergent, durchgängig, sicher, skalierbar und flexibel sein sowie nahtlos mit Anwendungen von Drittanbietern kommunizieren können. Dabei profitieren Unternehmen vom Industriestandard OPC UA.
Was ist OPC UA?
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein plattformunabhängiger Datenaustauschstandard für die industrielle Kommunikation. Dieser ermöglicht nicht nur, Maschinendaten zu transportieren sondern auch, diese semantisch zu beschreiben und stellt damit einen einheitlichen Standard zum Daten- und Informationsaustausch zur Verfügung.
Der offene Schnittstellenstandard ist unabhängig vom Hersteller oder Systemlieferanten der Anwendung, vom Betriebssystem oder von der Programmiersprache. Der OPC UA-Server stellt die Daten von herstellerspezifischen Schnittstellen zur Verfügung.
Das Grundprinzip hinter dieser Architektur ist die Bereitstellung einfacher Schnittstellen, eines einheitlichen Nachrichtenformats, flexibler Erweiterungsmöglichkeiten und die Implementierung hoher Sicherheitsstandards. Das Spektrum reicht von OPC UA-Komponenten, integriert auf den Geräten und Steuerungen bzw. Maschinen und Anlagen, über sogenannte Gateways hin zu aggregierenden Servern. OPC UA ermöglicht dabei die horizontale Kommunikation von Maschine zu Maschine (M2M) sowie eine vertikale Kommunikation von der Maschine bis hin zur Cloud.
Kompatibilität als Erfolgsgarant für heterogene Maschinenparks
Jeder Geräte- und Maschinenbauer bietet ein Informationsmodell über Daten und Schnittstellen. Bei der Maschinenkommunikation herrscht dadurch eine heterogene Mischung an Kommunikationsprotokollen und Treibern, welche darüber hinaus durch anlagenspezifische Individuallösungen erweitert werden.
Bei der Vernetzung von Maschinen und Industrieanlagen können daher immer wieder Probleme auftreten. Die Folge: Keine oder nur eingeschränkte Kompatibilität, Sicherheitsrisiken und hohe Folgekosten. Um diese Herausforderung zu lösen, etabliert sich OPC UA als standardisierte Schnittstelle insbesondere im DACH-Bereich als offener, internationaler Industrie 4.0-Standard durch
- Plattformunabhängigkeit,
- Skalierfähigkeit,
- Cybersicherheit,
- Echtzeitfähigkeit.
Standardisierte und sichere Kommunikation
Der Industriestandard OPC UA verbindet die Produktion mit der IT-Welt. Datenbanken, ERP-Systeme und andere IT-Systeme können sicher und einfach angebunden werden. Das ermöglicht eine standardisierte und sichere Kommunikation vom Feldgerät bis in die Cloud. OPC UA bietet die Möglichkeit, detailliert Prozessdaten aus verschiedensten Typen von Maschinensteuerungen auszulesen, darzustellen und in Echtzeit zu analysieren.
Der Industriestandard kann zudem einfach an die fortlaufende und sich stetig weiterentwickelnde Industrieautomation angepasst und flexibel an beliebigen Betriebssystemen genutzt werden – vom Sensor bis in die Cloud. Dadurch ist dieser Standard ein besonders wichtiger Baustein für Industrie 4.0, der zudem auch beim Thema Cybersicherheit überzeugt. Das Sicherheitskonzept umfasst Verschlüsselung, Signierung und Authentifizierung.
Die einzige mir derzeit bekannte Kommunikationstechnologie in der Fabrik, die Sicherheitsaspekte mit eingebaut hat und auch Potential für die Herausforderungen einer Industrie 4.0 bietet, ist OPC UA.“
Holger Junker, Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI)*
* Quelle: PDF der OPC Foundation „OPC Unified Architecture Interoperabilität für Industrie 4.0 und das Internet der Dinge“, abgerufen am 03.11.2022: https://opcfoundation.org/wp-content/uploads/2016/05/OPC-UA-Interoperability-For-Industrie4-and-IoT-DE-v5.pdf, Seite 23
OPC UA bietet Austauschmöglichkeiten
Mit der MES-Lösung FASTEC 4 PRO setzen wir nicht nur auf einen einseitigen Datentransfer von der Maschine in die IT. Mittels integriertem OPC UA-Server gelingt die wechselseitige Kommunikation. Dadurch können Daten und Informationen auch in Steuerungen auf dem Shopfloor zurückgespielt werden und beliebige Kennzahlen wie OEE, NTT oder MTBF werden über HMIs (Human Machine Interfaces) direkt an der Maschine angezeigt.
Produktionsunternehmen können flexibel von beliebigen Geräten aus auf den Datenhaushalt der Steuerung zugreifen. Das erleichtert den Anschluss diverser Maschinen an die Anlagenstruktur. Dabei geht es nicht darum, die Maschinensteuerung zu übernehmen. Vielmehr geschieht eine umfassende Datenerfassung über die Module MDE und BDE sowie die anschließende Weitergabe der Echtzeit-Daten an diverse Applikationen unter Einhaltung des OPC-Kommunikationsstandards – entlang der kompletten Wertschöpfungskette.
Unsere Kunden sind dadurch in der Lage, sämtliche über das MES erfasste Daten in Echtzeit und auftragsbezogen dorthin zu liefern, wo sie gerade benötigt werden – egal ob Shopfloor, Steuerungssystem oder Analysetools.
Lars Knitter, Head of Sales & Marketing, Prokurist bei FASTEC GmbH
OPC UA in der Praxis
Viele produzierende Unternehmen stehen vor der besonderen Herausforderung, ihren Kunden hohe Qualität, kurze Lieferzeiten und höchste Flexibilität zu bieten. Ist das Unternehmen zudem in einem Bereich mit hohen Qualitätsstandards wie der Pharma- oder Lebensmittelbranche tätig, gelten weitere Anforderungen wie Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung strenger Regularien mit Audits und DIN-Zertifizierungen. Dies setzt eine hohe Transparenz und lückenlose Dokumentation während der gesamten Wertschöpfungskette voraus.
Eine durchgängige MES-Softwarelösung auf Basis von OPC UA ermöglicht die Einhaltung dieser Anforderungen durch einen modern vernetzten Maschinenpark, eingebettet in eine harmonisierte IT-Infrastruktur und daraus resultierender vollständiger Transparenz auf allen Ebenen.
Dadurch entsteht eine einfachere Integration mit anderen Automatisierungssystemen auf dem Shopfloor. Zum Beispiel werden errechnete KPIs aus FASTEC 4 PRO bereits in den HMIs der Maschinen angezeigt.
Ein weiterer Nutzen ist die leichte Anbindung an IT-Systeme im Büro: Unternehmen können in Low Code Anwendungen, wie z. B. PowerApps oder auch Office-Anwendungen wie Excel, auf die berechneten Daten von FASTEC 4 PRO zugreifen.
Die Grundvoraussetzung für die Nutzung ist ein auf dem Internet Protokoll (IP) basierendes Netzwerk. Zusätzlich benötigen Unternehmen Maschinen oder Anlagen mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Die Kommunikation basiert auf dem Client-Server-Prinzip. Mit einem installierten OPC-Client kann schnell und einfach eine Verbindung zu einem OPC-Server aufgebaut werden.
OPC UA ist der Industriestandard, der es erlaubt, die Interaktion zwischen Maschinen, Geräten und Diensten zu beschreiben. Durch den leichteren Datenzugriff wird die Kommunikation und Integration für alle einfacher.“
Lars Knitter, Head of Sales & Marketing, Prokurist bei FASTEC GmbH
Fazit
Als Standard für Industrie 4.0 und die Smart Factory bietet die einheitliche Nutzung von OPC UA viele Vorteile:
- Standardisierte Schnittstelle/breite Verfügbarkeit
- Gesicherte Kommunikation ohne zusätzliche Hardware direkt im Protokoll
- Einfache und eindeutige Interpretation der Daten
- Einfache Vernetzung auf Ethernet-Basis
- International standardisierte Schnittstellen zur einfachen Maschinenintegration (Companion Spezifikationen)
- Sehr gute Performance durch schnelle Kommunikation
Softwareunternehmen profitieren von effizienteren Prozessen, da Automatisierer und Steuerungsspezialisten in den Projekten nicht mehr an individuellen Schnittstellen arbeiten müssen. Dieser transparente Standard ist zukunftsweisend und sicher, validiert und spart in den Prozessen Kosten und Zeit ein. Da diese Architektur mittlerweile der Daten-Standard in der Industrie ist, werden entsprechende Schnittstellen von Herstellern von Automatisierungskomponenten wie Siemens, Honeywell, Beckhoff, ABB, Rockwell, Wago etc. bereits in Maschinen und Anlagen integriert.
Gerne beraten wir Sie zu den individuellen Anforderungen Ihrer Produktionsprozesse.
Wir freuen uns auf den Austausch!
Wir sind Corporate Member der OPC UA Foundation
Als Corporate Member der OPC UA Foundation gestalten wir aktiv die Zukunft von OPC UA mit und bleiben technologisch auf dem neuesten Stand. Dank des Zugriffs auf Tools und Spezifikationen entwickeln wir unsere OPC UA Lösungen weiter und unterstützen unsere Kunden auf Ihrem Weg zur digitalen Fabrik.
