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OPC UA – der offene Kommunikationsstandard für die digitale Zukunft und Industrie 4.0

OPC UA Corporate Member
Digitalisierte Produktionen, die hochgradig agil kommunizieren, können eine schnelle und zuverlässige Fertigung individueller Produkte sicherstellen, flexibel auf Dynamiken reagieren und enge Lieferpläne erfüllen. Heterogene Maschinenparks und IT-Applikationen erschweren jedoch den Prozess der digitalen Transformation vieler produzierender Unternehmen. Mit OPC UA gehören Kompatibilitäts- und Schnittstellenprobleme der Vergangenheit an. Durch die steuerungsseitig unabhängige und flexibel skalierbare Technologie, ist die Anbindung der unterschiedlichen Maschinen sowie die Einbindung in die vorhandene IT-Umgebung einfach und schnell gelöst. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Datenübertragung über OPC UA sind die hohen Sicherheitsstandards. Insbesondere dann, wenn Daten nicht nur lokal am Standort über verschiedene Netze, sondern auch über das Internet übertragen werden.

Die reibungslose Kommunikation zwischen Maschinen und Geräten verschiedener Hersteller ist Voraussetzung für eine gelingende und zukunftsfähige Digitalisierung. Glaubt man aktuellen Umfragen, so ist das Thema ‚Standardisierung’ eine der größeren Herausforderungen bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Maßnahmen. Dabei steigen die Anforderungen an industrielle Netzwerke. Diese sollen konvergent, durchgängig, sicher, skalierbar und flexibel sein sowie nahtlos mit Anwendungen von Drittanbietern kommunizieren können. OPC UA ist hier ein wichtiger Baustein.

Kompatibilität – Erfolgsgarant für heterogene Maschinenparks

Jeder Geräte- und Maschinenbauer bietet ein Informationsmodell über Daten und Schnittstellen. Insbesondere hinsichtlich 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

Was genau ist eigentlich OPC UA?

Maschinen müssen ihre Daten und Dienste maschinenlesbar anbieten, wenn diese miteinander sprechen sollen und auch das Engineering durch den Menschen möglichst einfach sein soll. 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 (Maschine-zu-Maschine- oder PC-zu-Maschine-Kommunikation) zur Verfügung. Der offene Schnittstellenstandard ist unabhängig vom Hersteller oder Systemlieferanten der Anwendung, vom Betriebssystem oder von der Programmiersprache, in der die jeweilige Software programmiert wurde. Der OPC-UA-Server stellt die Daten von herstellerspezifischen Schnittstellen zur Verfügung. Die von uns berechneten Datenpunkte werden ab Version 3.4.4 durch den in FASTEC 4 PRO integrierten OPC UA-Server bereitgestellt.

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 direkt 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.

Mit standardisierter Kommunikation werden Feldgeräte, Maschinen und Cloud zum Team!

Der Industriestandard OPC UA verbindet die Produktion mit der IT-Welt. Datenbanken, ERP-Systeme und andere IT-Systeme können endlich sicher und einfach angebunden werden. Eine standardisierte und sichere Kommunikation vom Feldgerät bis in die Cloud ist dadurch keine Vision mehr! OPC UA bietet die Möglichkeit, detailliert Prozessdaten aus verschiedensten Typen von Maschinensteuerungen auszulesen, darzustellen und in Echtzeit zu analysieren. OPC UA 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

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 setzen wir ab Version 3.4.4  auf wechselseitige Kommunikation. Dadurch können Daten und Informationen auch in Steuerungen auf dem Shopfloor zurückgeliefert werden und beliebige Kennzahlen wie OEE, NTT oder MTBF können auf HMIs (Human Machine Interfaces) direkt an der Maschine angezeigt werden.

Unsere Kunden 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, sondern um die umfassende Datenerfassung über die Module MDE und BDE sowie die anschließende Weitergabe der in Echtzeit erfassten Daten an diverse Applikationen unter Einhaltung des OPC-Kommunikationsstandards. Und dies entlang der kompletten Wertschöpfungskette. Mögliche Einsatzgebiete zur Nutzung dieser Daten sind vielseitig. 

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, FASTEC GmbH

Lösungsbeispiele:

Viele produzierende Unternehmen stehen vor der besonderen Herausforderung, ihren Kunden hohe Qualität, kurze Lieferzeiten und höchste Flexibilität zu bieten. Ist das Unternehmen zudem in einer Branche mit hohen Qualitätsstandards wie der Pharma- oder Lebensmittelbranche tätig, gelten weitere Anforderungen im Sinne von Rückverfolgbarkeit oder/und die Einhaltung anderer strenger Lieferantenregularien mit Audits und DIN-Zertifizierungen. Dies setzt eine hohe Transparenz und lückenlose Dokumentation während der gesamten Wertschöpfungskette voraus, insbesondere im Shopfloor. 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 ermöglichen wir unseren Kunden eine einfachere Integration mit anderen Automatisierungssystemen auf dem Shopfloor. Zum Beispiel können dann KPIs, die in FASTEC 4 PRO berechnet werden, bereits in den HMIs der Maschinen angezeigt werden.

Ein weiterer Nutzen ist die leichte Anbindung an IT-Systeme im Büro. Zum Beispiel können Sie in Low Code Anwendungen wie z. B. PowerApps oder auch Office-Anwendungen, wie Excel auf die berechneten Daten von FASTEC 4 PRO zugreifen.

Was brauchen Sie, um OPC UA nutzen zu können? Nicht viel.

Die Grundvoraussetzung für die Nutzung ist ein auf dem Internet Protokoll (IP) basierendes Netzwerk. Zusätzlich benötigt man 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 de facto 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, FASTEC GmbH

Fazit:

Als wegbereitender Standard für Industrie 4.0 und damit für die Smart Factory bietet die einheitliche Nutzung des OPC UA-Standards Vorteile für alle Beteiligten:

  • 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.  

Autor: Anne Gebhard

Design and Content Manager
Seit 2019 Erfahrung in der Contenterstellung zu Digitalisierungsprojekten in Fabriken, enge Zusammenarbeit mit Vertrieb und Kunden.

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