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Was ist OPC UA und warum wird es weiterhin zunehmend eingesetzt werden?

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Was ist OPC UA und warum wird es weiterhin zunehmend eingesetzt werden?

17 Jan, 2019

Wichtige OPC-Definitionen, die Hersteller kennen müssen

 

OPC („Open Platform Communications“) und OPC UA („Unified Architecture“) sind die Standards, die den Datenaustausch zwischen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), Servern, Clients und anderen Maschinen im Sinne der Vernetzung und des Informationsflusses erleichtern.

Diese Art der Vernetzung und Kommunikation ist in einer Produktionsstätte natürlich unerlässlich, da es viele verschiedene Arten von Geräten, Vorrichtungen und Maschinen gibt, die Prozessparameter messen, Daten produzieren oder aufzeichnen.

Derzeit wird ein immer stärkerer Schwerpunkt auf eine Verbesserung der Konnektivität und Kommunikation im Fertigungsbereich gelegt. Maschinen, Server, Clients und Geräte arbeiten nicht isoliert. Wenn man verschiedene Geräte, Softwareprogramme, SPS, HMIs und Maschinen hat, welche Daten jeweils in ihren eigenen Formaten erstellen, ist außerdem eine Interpretation dieser Daten erforderlich. Hier kommt OPC ins Spiel. Einfach ausgedrückt: OPC ist ein Übersetzer, der Daten aus verschiedenen Quellen verstehen und in dem Format hin und her senden kann, das jede Quelle benötigt und versteht.

Historisch betrachtet bestand das klassische OPC aus drei separaten Hauptprotokollen: OPC HDA („OPC Historical Data Access“), OPC DA („OPC Data Access“), OPC A & E („OPC Alarms and Events“) sowie weitere Protokolle, die von vielen in der Fertigungsindustrie für ihre Anforderungen an die Interkonnektivität angepasst wurden. Das klassische OPC ist jedoch plattformabhängig und setzt auf Windows-basierte Technologien.

OPC UA ist der wichtigste Nachfolger des klassischen OPC. Einer seiner größten Vorteile ist, dass er plattformunabhängig ist, so dass er leicht in Windows, Linux, Mac, Android und andere Plattformen integriert werden kann, was für die Fertigungsbranche von Bedeutung ist, in der Maschinen und Systeme oft mit verschiedenen Plattformen betrieben werden. Es kombiniert außerdem alle einzelnen Protokolle in einer Spezifikation, so dass es eine zusätzliche Vereinfachung gibt. Weitere wichtige Vorteile sind die einfache Einsetzbarkeit von OPC UA, der sichere Datenaustausch, die Integration von Altsystemen und der bestehenden Infrastruktur sowie die Skalierbarkeit.

Die mögliche Integration von Altsystemen spricht die Werke und Fabriken an, die nicht unbedingt das Budget für den Kauf neuer Geräte und IT-Infrastrukturen haben. Das ist im Fertigungskontext ein weiterer wichtiger Pluspunkt.


OPC UA wurde daher in den Bereichen Prozesssteuerung, Öl und Gas, Lebensmittel und Getränke, Abfallwirtschaft und Pharmazeutik eingesetzt.

  

Rolle von OPC UA in der Fertigungsindustrie

 

In der Fertigungsindustrie gibt es zahlreiche komplexe Betriebs- und Kommunikationsanforderungen. Maschinen, Sensoren, Server, Clients, Anwendungen und verschiedene Geräte erzeugen zahlreiche Ausgaben und Datenpunkte. Die Daten müssen häufig zwischen den Maschinen und Geräten ausgetauscht und schließlich analysiert werden, um die Produktionsleistung zu verbessern, Abfälle bzw. Ausschuss zu reduzieren, den Gewinn zu steigern und neue Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodelle zu erfassen.

In vielen Fällen besteht außerdem ein geografischer Kontext, der zusätzlich berücksichtigt werden muss. Betrachten wir beispielsweise ein Szenario, in dem ein Lebensmittel- und Getränkeunternehmen Fleisch, Käse und andere Milchprodukte in verschiedenen Werken herstellt. Jedes dieser Werke hat eigene Systeme, Geräte und Produktlinien. Das Unternehmen hat beschlossen, sich auf eine Reduzierung der Abfälle und eine Steigerung der Produktionsraten zu konzentrieren, während es gleichzeitig die Sicherheitsstandards einhalten muss.

Um diese Ziele zu erreichen, müssen die einzelnen Werke eine große Datenmenge an entfernte Server übermitteln, und diese Server müssen die empfangenen verschiedenen Daten aus den unterschiedlichen Quellen auch verstehen. Außerdem hat das Unternehmen eine Berichtsanwendung unter Linux entwickelt, um Trends auf Basis der Daten aus den Werken zu generieren. Es wurde eine weitere Anwendung entwickelt, die unter Windows läuft und die von der Berichtsanwendung erfassten Trends analysiert. Diese Anwendung schlägt dann auf Grundlage dieser Trends neue Einstellungen an den Maschinen vor, um die Ziele des Unternehmens – Abfallreduzierung und höhere Produktionsraten – zu erreichen. Die größten Herausforderungen in diesem Fallbeispiel wären natürlich Datenaustausch, Interpretation und Übermittlung.

Eine OPC UA-Lösung wäre die ideale Antwort auf diese Probleme.  Das Unternehmen könnte OPC-UA-Server einrichten, mit denen die Daten von allen unterschiedlichen Maschinen und Geräten an den verschiedenen Standorten empfangen und in ein Format übersetzt werden könnten, welches die Berichtsanwendung verwenden kann. 

Zudem könnten die Server auch zwischen der unter Linux laufenden Berichtsanwendung und der unter Windows laufenden Anwendung kommunizieren. Schließlich könnten die OPC UA-Server die endgültigen, angepassten und vorgeschlagenen Maschineneinstellungen in den gewünschten besonderen Formaten an die Werke und an die Maschinen zurücksenden.

So könnte das Unternehmen seine Ziele kostengünstig und effizient erreichen.

Die wichtigste Aufgabe von OPC UA in der Fertigungsbranche besteht wie im vorstehenden Szenario veranschaulicht wirklich darin, die Kommunikation zu erleichtern und die traditionellen Barrieren in der industriellen Kommunikation zu überwinden.

 

Wichtige Gründe, warum der Einsatz von OPC UA in der Fertigungsindustrie weiter zunehmen wird

 

Zu den wichtigsten Gründen, warum OPC UA in der Fertigungsindustrie weiterhin eingesetzt wird, zählen:

  • Es ermöglicht eine intelligente („smarte“) Fertigung
  • Es trägt dazu bei, die Kommunikation zwischen Geräten und Maschinen weniger komplex zu gestalten und so die Gesamteffizienz der Anlagen zu verbessern
  • Es kann problemlos Altsysteme, neue Maschinen und Produktlinien integrieren
  • Es ist plattformübergreifend
  • Es ist kein urheberrechtlich geschütztes Format
  • Es kann mehrere Datenpunkte aus verschiedenen Quellen empfangen und interpretieren

 

Es ist klar, dass OPC UA bleiben und dieser Standard regelmäßig aktualisiert werden wird, um andere Technologien und neue Standards wie mobile Technologie und JSON aufzunehmen.

Der Fertigungsbereich ist hart umkämpft. Die Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind, müssen qualitativ hochwertige Produkte auf konsistenter Grundlage herstellen, um ihren Wettbewerbsvorteil zu wahren. Deshalb investieren viele Unternehmen dieses Bereichs in verschiedene neue, innovative Technologien, um weiterhin die Nase vorn zu haben.

OPC UA ist die Antwort auf viele der großen Herausforderungen des Fertigungsbereichs. Die Einführung des OPC UA-Standards führt letztendlich zu einem geringeren Abfallaufkommen, höheren Gewinnen und niedrigeren Betriebskosten.

Damit sind Sie gut positioniert und können die Anforderungen des sich ständig verändernden Fertigungsbereichs erfüllen.