OPC UA – DIE GRUNDLAGEN

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OPC UA – die wichtigsten Informationen übersichtlich und verständlich für Sie zusammengefasst:

  • Was ist OPC UA? – Definition und Bedeutung
  • OPC UA in der Industrie 4.0
  • Welche Vorteile hat OPC UA?
  • Wie arbeitet OPC UA?
  • Einführung von OPC UA
  • OPC UA und MES

WAS IST OPC UA? – DEFINITION UND BEDEUTUNG

OPC UA steht für Open Platform Communications Unified Architecture und ist eine Sammlung von Standards für die Kommunikation und den Datenaustausch im Umfeld der Industrieautomation. Die OPC UA sorgt für eine reibungslose Kommunikation zwischen Maschinen unterschiedlicher Hersteller, Schnittstellen und dem MES-System – oder auch anderen Systemen eines Unternehmens. Sie ist ein Standard für die horizontale Kommunikation von Maschine zu Maschine (Machine-to-Machine-Communication, M2M) sowie für die vertikale Kommunikation von der Maschine zur Cloud.

OPC UA ist die neueste Generation der Spezifikationen der Open Platform Communications der OPC Foundation und wird kontinuierlich weiterentwickelt. Sie ist ein Standard der International Electrotechnical Commission (IEC) und wird in der IEC 62541 beschrieben.

OPC UA als Kommunikationsstandard

OPC UA gilt als Daten- und Informationsaustausch-Standard beziehungsweise Schnittstellenstandard in der industriellen Produktion. Als weltweit anerkannter Standard verfügt OPC UA über eine service-orientierte Architektur (SOA). Dabei hat die OPC UA entscheidende Vorteile: Sie ist plattformunabhängig und transportiert Maschinendaten nicht nur weiter, sondern kann sie auch maschinenlesbar semantisch beschreiben.

Die Grundprinzipien von OPC UA

Die Architektur von OPC UA basiert auf den folgenden vier Grundprinzipien:

  1. Bereitstellung einfacher Schnittstellen
  2. Bereitstellung eines einheitlichen Nachrichtenformats
  3. Implementierung hoher Sicherheitsstandards und verschiedener Sicherheitslevel
  4. Bereitstellung flexibler Erweiterungsmöglichkeiten

Die OPC Foundation

Die OPC Foundation, die die OPC UA koordiniert und weiterentwickelt, wurde 1994 gegründet. Sie ist eine globale gemeinnützige Organisation mit etwa 450 Mitgliedern aus verschiedenen Industriebereichen. Dazu zählen zum Beispiel Siemens, SAP oder Microsoft.
1996 gab die OPC Foundation die erste Version von OPC heraus, Ende 2006 die erste Version der OPC UA. Im Jahr 2008 wurde eine überarbeitete Version von OPC UA veröffentlicht, die nicht mehr auf der Microsoft DCOM-Technologie basiert. Seitdem arbeitet die Organisation stetig an der Weiterentwicklung und Verbreitung des OPC UA-Standards.

OPC UA IN DER INDUSTRIE 4.0

Moderne Informations- und Kommunikationstechnologien sind Grundlage für die Industrieautomatisierung, die im Kontext von Industrie 4.0 immer mehr an Bedeutung gewinnt. Nur Unternehmen, die ihre Ressourcen effizient einsetzen, Prozesse kontinuierlich optimieren und flexibel reagieren, bleiben wettbewerbsfähig. Digitalisierung und Standardisierung spielen deshalb jetzt und in Zukunft eine wichtige Rolle. Ein sicherer, standardisierter Daten- und Informationsaustausch bildet dabei die zentrale Herausforderung für Unternehmen. Der OPC UA-Standard bietet eine Lösung auf einige Industrie 4.0-Anforderungen – und ist deshalb so wichtig für produzierende Unternehmen.

WELCHE VORTEILE HAT OPC UA?

Bei OPC UA handelt es sich um eine Architektur, die flexibel erweiterbar und damit zukunftsfähig ist. In einem immer komplexer werdenden Produktionsumfeld ist sie daher für viele Unternehmen schon jetzt maßgeblich.

Mit OPC UA ergeben sich zahlreiche Vorteile in der Industrieautomation und der Machine-to-Machine-Communication:

  • Transparente Architektur für die industrielle Kommunikation
  • OPC UA ist vollkommen hersteller- und plattformunabhängig, sodass auch ein zuverlässiger Datenaustausch zwischen Produkten unterschiedlicher Hersteller möglich ist
  • Reduzierte Komplexität im OPC UA-Umfeld durch standardisierte Konnektivität
  • Hohes Maß an Interoperabilität zwischen verschiedenen Anwendungen
  • Sichere und zuverlässige Kommunikation, unter anderem durch Autorisierungs-, Authentifizierungs- und Verschlüsselungsmechanismen

WIE ARBEITET OPC UA?

OPC UA kann auf jedem beliebigen Betriebssystem genutzt werden. Die OPC UA ist sozusagen der Dolmetscher, der die ausgehenden Maschinen-Prozessdaten wie beispielsweise Laufzeit, Auslastung, Gutmenge u. a. in einen einheitlichen Standard übersetzt und für andere Systeme bereitstellt. Umgekehrt übernimmt die OPC UA die Übermittlung der Vorgaben aus dem Manufacturing Execution System (MES) an die Maschine. Durch ein einheitliches Format, eine definierte Struktur und ein gemeinsames Vokabular können alle Anwendungen die Nachrichten verstehen. Die Kommunikation basiert dabei jedoch nicht nur auf einem reinen Datenaustausch, sondern auch auf dem Austausch semantischer Informationen.

Die OPC UA-Architektur arbeitet nach dem sogenannten Client-Server-Prinzip: Der OPC UA-Server stellt Daten und Informationen für den OPC UA-Client bereit. Dieser sendet eine Anfrage an den Server und erhält eine Antwort. Die Client-Server-Kommunikation ermöglicht einen zuverlässigen, sicheren und verschlüsselten Austausch von Daten.

Die Spezifikationen von OPC UA

Der OPC UA-Standard setzt sich aus verschiedenen Spezifikationen zusammen und wird deshalb auch als Multipart-Spezifikation bezeichnet. Jede Spezifikation beschreibt eine Teilfunktion. Aus der Spezifikation geht auch hervor, welche Schnittstellen von Server und Client implementiert werden müssen.

Die drei Gruppen der OPC UA-Spezifikationen:

  1. Kern-Spezifikationen
  2. Spezifikationen für Zugriffsmodelle
  3. Zusatz- und Hilfsspezifikationen

Für den operativen Einsatz von OPC UA sind vor allem folgende Spezifikationen relevant:

  • Data Access: Die Spezifikation beschreibt den Austausch von aktuellen Daten, der datenpunktorientiert abläuft.
  • Historical Access: Mithilfe dieser Spezifikation können nicht nur aktuelle Daten, sondern auch historische Daten abgefragt werden.
  • Alarms and Conditions: Bei dieser Spezifikation handelt es sich um einen Standard für Alarmmeldungen.

Die Protokolle der OPC UA

OPC UA nutzt zum Transport etablierte Datenprotokolle. Der binäre Datenaustausch für High-Performance-Anwendungen findet über ein TCP-basiertes Binärprotokoll statt und wird von der OPC UA-Spezifikation vorgeschrieben. Daher wird er von jeder OPC UA-Anwendung unterstützt.

Hohe Sicherheit von OPC UA

Mit der Entwicklung von OPC UA stand die Sicherheit des Standards von Anfang an im Fokus. OPC UA bietet sowohl Schutz vor unerwünschten Zugriffen als auch hinsichtlich einer unachtsamen Bedienung. Anwender- und Anwendungsauthentifikationen, die Verschlüsselung von Daten sowie Signierung von Nachrichten machen OPC UA zu einem sicheren Kommunikationsstandard. Dabei beinhaltet OPC UA Standards, die auch im Internet verwendet werden. Dazu zählen zum Beispiel AES, TLS oder SSL.

EINFÜHRUNG VON OPC UA

Die Implementierung von OPC UA ist für Produktionsunternehmen ein wichtiger Schritt für die Einführung der Industrie-4.0-Kommunikation. Der VDMA-Leitfaden zeigt, wie der offene Schnittstellenstandard implementiert werden kann und worin die Vorteile liegen. Dabei kann die Einführung schrittweise erfolgen. Grundvoraussetzung für den Einsatz von OPC UA ist ein auf dem Internet Protocol (IP) basierendes Netzwerk. Gleichzeitig müssen einfache Schnittstellen zu allen angebundenen Systemen und Maschinen bestehen.

OPC UA UND MES

Für den erfolgreichen Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) ist eine reibungslose, standardisierte Kommunikation unabdingbar.

Zur Umsetzung eines schnellen und einheitlichen Datenaustauschs setzt deshalb auch Böhme & Weihs bei der MES-Software MESQ-it auf den OPC UA-Standard: Dank OPC UA werden Maschinen-Prozessdaten, die im Rahmen der Maschinendatenerfassung mithilfe der MDE-Software erfasst werden, in einen einheitlichen Standard übersetzt und für das MES-System bereitgestellt. Gleichzeitig übermittelt die OPC UA die Vorgaben, die MESQ-it macht, an die Maschinen im Fertigungsumfeld.

Über standardisierte Komponenten kann MESQ-it verschiedene Anlagen und Maschinen aus unterschiedlichen Baujahren integrieren und eine individuelle Lösung für die jeweilige Fertigungsumgebung schaffen. Durch die Vernetzung zwischen dem MES und den Maschinen schaffen Produktionsunternehmen eine notwendige Voraussetzung für eine automatisierte Produktionsplanung und -steuerung und bleiben langfristig wettbewerbsfähig.

Haben Sie Fragen zu OPC UA und MES oder dazu, wie Sie mit einer intelligenten Software wie MESQ-it Ihr Produktionsmanagement optimieren? Dann sprechen Sie uns gern an.

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