Laut Automation World, wird die Zukunft der Produktion durch Interoperabilität und die Zusammenarbeit von Fertigungsbereichen definiert. Dazu gehört auch der Datenaustausch, um eine datengesteuerte Leistungsoptimierung von Anlagen sicherzustellen, die den Herstellungsprozess maximiert. Wenn die geeigneten Technologielösungen - industrielle Cloud, Sensoren, integrierte Geräte und Steuerungen usw. - vorhanden sind, kann eine optimale Automatisierung in industriellen Umgebungen erreicht werden. Außerdem darf man nicht vergessen, dass die Implementierung wesentlich ist. Dies ist der Punkt, an dem erfahrene Systemintegratoren und Implementierungsstandards und -spezifikationen ins Spiel kommen.
Der Bedarf an einer Standardisierung und einer festgelegten Roadmap für die Sicherstellung der Interoperabilität sind einige der Hauptgründe für die Gründung der OPC Foundation. Die Standards und Bestimmungen, die OPC bietet, konzentrieren sich darauf, Unternehmen dabei zu unterstützen, eine einheitliche Architektur-Roadmap in einzelne oder mehrere Anlagen zu integrieren. Ein Beispiel einer Lösung der OPC Foundation, um eine optimierte Vernetzung und verbesserte Zusammenarbeit zu erreichen, ist die OPC Unified Architecture (UA).
OPC UA ist eine anbieterneutrale, serviceorientierte Architektur, die Plattformunabhängigkeit, Sicherheit und umfangreiche Informationsmodellierung sicherstellt, um Geschäftsinformationen zu erhalten. Wenn seine Serien der Spezifikationen implementiert werden, liefert OPC UA einen nahtlose Datenfluss zwischen verschiedenen Geräten, Altgeräten, Betriebssystemen, elektronischer Hardware usw., ohne dass man sich Sorgen bezüglich der Anbieterkompatibilität machen muss. Dies entspricht den Zielen der Foundation, eine sichere offene Plattformkommunikation zwischen Fertigungsbereichen anzubieten. Daher hat die OPC Foundation 2018 neue Standardsätze veröffentlicht, die die Einführung von OPC UA in den tiefsten Ebenen der Produktionsanlagen beschleunigen wird.
Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Die OPC Publish – Subscribe (PubSub) Spezifikationen.
- Was die Spezifikationen für Fabrikbesitzer bedeuten und warum sie wichtig sind.
- Wie OPC PubSub implementiert werden und die OPC UA Integrationen zwischen Fertigungsbereichen fördern kann.
OPC UA Pub/Sub - Ein Überblick
Der Publish-Subscribe-Standard ist der 14. Teil der OPC UA Spezifikation. Es wurde entwickelt, um die Situationen zu erweitern, in denen es praktikabel ist, OPC UA anzupassen, um die Automatisierung zu lösen und zu vertiefen. Laut der OPC Foundation ermöglicht PubSub die Integration von OPC UA auf zwei wichtigen Wegen. Der erste ist auf den tiefsten Ebenen eines Fertigungsbereiches, wo elektronische Hardware eine Kommunikation mit wenig Strom und geringer Latenz für die lokalen Netzwerke erfordert. Die zweite Anwendung ist die Integration von OPC UA in skalierbaren cloudbasierten Anwendungen.
Für die Integration von OPC UA in die untersten Ebenen eines Fertigungsbereichs kann ein winziger 8 bit Controller mit einem 2 KB SRAM in die integrierten Geräte integriert werden. Dies stellt einen leistungsfähigen Datenaustausch sicher und die Kommunikationsnetzwerke bleiben erhalten. Es kreiert auch einen Weg, um OPC UA in Eins-zu-Vielen-, Eins-zu-Eins- und Viele-zu-Vielen-Konfiguration zu integrieren. Dies ist in einer sehr skalierbaren cloudbasierten Architektur möglich, wo das Senden und Empfangen von Daten für eine verbesserte Leistung erforderlich ist.
Ein weiterer wichtiger Aspekt von PubSub besteht darin, dass es die Verwendung von OPC UA direkt über das Internet oder die Cloud ermöglicht. Dies ist durch die Verwendung beliebter Messaging-Middleware zur Datenübertragung wie Message Queue Telemetry Transport (MQTT) und Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) möglich. Wenn OPC UA erfolgreich implementiert wurde, ermöglicht es eine einfach Interoperabilität und eine gemeinsame Datennutzung zwischen den Geräten und Anwendungen von Drittanbietern.
Praktische Anwendungen von OPC UA PubSub und seine Bedeutung
Die Bedeutung der PubSub Spezifikationen kann nur verstanden werden, wenn es angewendet wurde und direkte Vorteile für Systemintegratoren und industrielle Nischen bringt. Auch wenn PubSub sich noch in der Anfangsphase befindet und die Fallstudien seiner Anwendungen limitiert sind, können bereits Schlussfolgerungen für seine Bedeutung gezogen werden. Ein Beispiel für die Bedeutung von PUbSub ist seine Fähigkeit, Echtzeit-Garantien zu liefern. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn eine Datenübertragung in Echtzeit bestimmt, wie ein einheitlich automatisiertes Framework funktioniert.
Automatisierte Umgebungen werden von Übertragungs-Warteschleifen für verschiedene Verkehrsklassen angetrieben, wobei jede Klasse von einem spezifischen Übertragungsgatter gesteuert wird, das in Zyklen ausgelöst wird. Die Zeitfenster für jede Übertragungs-Warteschleife sind ebenfalls zeitsynchronisiert. Dies bedeutet, dass ein Paket jedes Mal in einen späteren Zyklus verschoben wird, wenn seine Übertragung nicht im zugewiesenen Zeitfenster abgeschlossen wird, wodurch die Echtzeit-Kommunikation eingeschränkt wird.
OPC UA PubSub wurde entwickelt, um diese Herausforderung zu lösen. Es löst sie, indem es sicherstellt, dass Server Daten an das Netzwerk oder die Middleware senden oder veröffentlichen und jeder Klient kann diese Daten in jedem Zeitfenster erhalten oder sich dafür anmelden. Die Möglichkeit, Daten unabhängig vom konfigurierten Synchronisierungszyklus zu veröffentlichen oder sich dafür anzumelden, garantiert eine Automatisierung in Echtzeit. In der Praxis können Ausfallzeiten in zeitkritischen Anwendungen in Produktionsanlagen durch die Implementierung von OPC UA SubPub ausgeschlossen werden. Die Implementierung stellt Anwendungen in tieferen Ebenen sicher, wie die Synchronisation der Bewegung von Transportbändern. Die mit den Transportbändern integrierte Middleware erhält Echtzeit-Informationen und arbeitet weiter, auch wenn die konfigurierten Zeitpläne verpasst werden.
PubSub dient auch als Lösung für viele der Einschränkungen, mit denen OPC UA Implementierungen zu tun haben. Ein Beispiel ist der Ausschluss der Ein-Klient-zu-einem-Server-Funktion (Eins-zu-Eins) im Zusammenhang mit OPC UA. PubSub stellt sicher, dass Eins-zu-Vielen- oder Viele-zu-Vielen-Konfigurationen möglich sind. Dadurch ist OPC UA mit IoT- und IIoT-Anwendungen kompatibel. Durch die Implementierung von PubSub können verschiedene Klienten oder Abonnenten auf die auf der nachrichtenorientierten Middleware veröffentlichten Daten zugreifen. Abonnenten können dann auf spezifischen Datentypen zugreifen, ohne wissen zu müssen, welche Arten von Herausgebern es gibt. Indem dies erreicht ist, wird auch die Integration von lloT in die Herstellung beschleunigt.
OPC UA PubSub unterstützt auch die direkte Kommunikation zwischen verschiedenen Steuerungen sowie zwischen Steuerungen und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI). Es garantiert auch die Echtzeit-Kommunikation und asynchrone Workflows zwischen OPC UA Servern und der Cloud. In Bezug auf die Sicherheit integrieren PubSub Spezifikationen SHA-256 Algorithmen, um die Privatsphäre und Sicherheit zu garantieren, wenn Daten lokal oder über die Cloud ausgetauscht werden.
Schließlich ermöglicht OPC UA PubSub Time Sensitive Networking (TSN) Technologien, um zeitkritische Anwendungen in Branchen zu steuern. Wir von EXOR International haben durch die Integration von OPC UA PubSub unter Berücksichtigung von TSN beschleunigte Zykluszeiten von unter zwei Millisekunden und Jitter von 100 Nanosekunden festgestellt. Dies stellt sicher, dass die Anlage ohne Engpässe mit zeitkritischen Anwendungen umgehen kann.
Schlussfolgerung
PubSub ist der nächste Schritt in der Evolution von OPC-Standards, die sicherstellen, dass industrielle Automatisierungsverfahren reibungslos funktionieren. Seine Implementierung garantiert eine Zunahme der Einführung von OPC UA in den modernen Fertigungsbereichen. Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Integration von IoT und IIoT Anwendungen und Geräten in der Fertigung.
