Neue OPC Plattform in SPS und MES

Mit der neuen Unified Architecture hat die OPC Foundation auf erweiterte Anforderungen für die Anwendung von Standardschnittstellen reagiert. Erste Anwendungen in Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und MES-Systemen zeigen die Vorteile der neuen OPC Architektur.

Die heute weit verbreiteten und etablierten OPC-Standards definieren Software-Schnittstellen für den Austausch von Informationen aus dem Fertigungsprozess zwischen Softwarekomponenten nach dem Client/Server-Prinzip. Der wichtigste Standard - OPC Data Access - definiert das Lesen, Schreiben und Beobachten von Datenpunkten. Bei diesen anerkannten Standards definiert die OPC Foundation Programmierschnittstellen auf Basis der Microsoft COM-Technologie. Durch die Verwendung eines in das Microsoft Windows-Betriebssystem integrierten Kommunikationsmechanismus wurden die Definition und die Implementierung der OPC-Standards vereinfacht und deren Verwendung dadurch auf Microsoft Windows-Applikationen beschränkt. Diese Einschränkung führt zu der heute gängigen Architektur von OPC-Lösungen, bei der ein Windows PC für die OPC-Kommunikation notwendig ist, auch wenn beide Kommunikationspartner nicht direkt auf einem Windows PC betrieben werden. So kommuniziert sowohl der OPC Server zum Beispiel mit einer SPS und der OPC Client z.B. mit einem MES-System jeweils über ein herstellerspezifisches Protokoll. Dies erfordert neben zusätzlicher Hardware auch zusätzliche Konfiguration inklusive des dadurch erforderlichen Engineerings.

Eine der wichtigsten Neuerungen von OPC Unified Architecture ist die Möglichkeit, OPC UA-Applikationen plattformunabhängig implementieren zu können. Möglich wird das dadurch, dass bei UA neben den Methoden für den Datenzugriff jetzt auch die Datenkodierung und die Transportprotokolle für den Austausch der Daten definiert wurden. Das ermöglicht die Integration der OPC-Schnittstellen direkt in eingebettete Systeme bzw. in Softwaresystemen auf verschiedenen Plattformen. Durch die einfachere Integration der OPC-Schnittstellen direkt in die Produkte und die standardisierte, ethernetbasierte UA-Kommunikation zwischen den Geräten vereinfacht der Standard OPC Unified Architecture den Aufbau von heterogenen Systemen. Als Kommunikationsarten stehen dafür XML-basierte Webservices oder ein effizientes TCP-basiertes Binärprotokoll zur Verfügung. Eine weitere Vereinfachung bietet OPC Unified Architecture dadurch, dass alle von OPC bekannten Informationsarten wie Daten, Events, historische Daten und der zusätzliche Zugriff auf historische Events und Kommandos in einem Objektmodell mit einheitlichen Zugriffsmechanismen zusammengefasst werden. Zusätzlich standardisiert OPC UA die Beschreibung und den Austausch komplexer Daten, Sicherheitsmechanismen für Authentifizierung und Datenverschlüsselung, ein Redundanzkonzept sowie Audit-Mechanismen.

Der im linken Teil der Abbildung gezeigte Systemaufbau findet sich in Kundenprojekten der Firma iTAC. Dort wird für die Integration des MES Systems iTAC.MES.Suite mit Automatisierungsgeräten in den Fertigungslinie schon länger der COM-basierte Standard OPC Data Access eingesetzt. Mit dem Online-Datenaustausch über OPC Data Access werden Prozessverriegelungen und die Erfassung von Produktionsdaten realisiert. Durch den Einsatz von OPC Data Access konnte der Aufwand für die Integration bereits stark reduziert werden, da nur noch eine Konfiguration des OPC Servers für das jeweilige Automatisierungsgerät und die Konfiguration des iTAC PLC Connectors als OPC Client notwendig ist. Dabei wird der PLC Connector meist nicht auf dem gleichen Betriebssystemen betrieben wie das plattformunabhängige MES. Durch die Erweiterung des PLC Connectors auf Unified Architecture ist es nun möglich, die Software für die Datenintegration auf den gleichen Plattformen zu betreiben, auf denen auch das MES-System selbst ablauffähig ist. Daneben konnte noch die Einschränkung gelöst werden, dass die bei MES-Systemen benötigten komplexen Daten mit OPC Data Access nicht effizient als Block übertragen werden können und dass der Konfigurationsaufwand sehr hoch ist, wenn OPC Client und Server nicht auf dem gleichen PC betrieben werden. Als Automatisierungssystem werden in vielen Projekten der iTAC Steuerungssysteme der Firma Beckhoff eingesetzt. Wie iTAC hat auch Beckhoff früh auf die Vorteile von OPC Unified Architecture gesetzt und einen OPC UA Server direkt auf die Steuerung implementiert. Durch die Integration des OPC-Servers auf der SPS entfällt die Konfiguration des OPC-Servers auf einem PC. Neben der initialen Konfiguration erübrigt sich vor allem das Problem, die Konfiguration von SPS und OPC-Server konsistent zu halten. Zusätzlich zu den eigentlichen Nutzdaten stehen auch die Metainformationen der Daten direkt auf dem Steuerungssystem über eine Standardschnittstelle zur Verfügung. Weiterhin können gerätespezifische Diagnose- oder Konfigurationsinformationen angeboten werden.

Der Einsatz von OPC Unified Architecture in MES-Projekten vereinfacht die Integration von MES Systemen und Automatisierungssystemen und ermöglicht den Aufbau von einfacheren und flexibleren Systemen. Die Vorteile für MES Projekte sind: Erstens die direkte Integration der OPC-Schnittstelle in embedded Systeme und MES-Systeme ohne Einschränkungen durch die Plattform. Zweitens die Nutzung eines effizienten, standardisierten Netzwerkprotokolls für den Datenaustausch zwischen den Systemen. Drittens sind die Konfiguration von SPS und OPC UA Server immer konsistent. Viertens stellt der OPC UA Server zusätzlich zu den von OPC Data Access bekannten Daten auch komplexe Daten, Events, Kommandos und Metainformationen zu den Daten zur Verfügung. Mehr zu der gesamten Thematik "OPC in der Praxis" stellen die Unternehmen gemeinsam mit Live-Demos auf den kommenden dritten iTAC Trace-Tagen 2007 vor. Näheres zum Event: www.itac.de.

Die aus der Bosch Gruppe hervorgegangene AG ist Hersteller von Standardsoftware im Bereich Manufacturing Execution Systeme. Mit über 15-jähriger Erfahrung in der Entwicklung und dem Einsatz von Traceability- und Qualitätsmanagement-Lösungen bietet iTAC eine intelligente und integrierte Software-Suite für die Automobil- und Zulieferindustrie, Elektronik- und High-Tech-Industrie und Medizintechnik. Die iTAC Software AG hat ihren Hauptsitz in Deutschland und weitere Niederlassungen in Frankreich, USA und China.

Das Unternehmen realisiert offene Automatisierungssysteme auf Basis der PC-basierten Steuerungstechnik. Das Produktspektrum umfasst die Hauptbereiche Industrie-PC, I/O- und Feldbuskomponenten, Antriebstechnik und Automatisierungssoftware. Die "New Automation Technology" von Beckhoff steht für universelle und branchenunabhängige Steuerungs- und Automatisierungslösungen, die weltweit in den verschiedensten Anwendungen, von der CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine bis zur intelligenten Gebäudesteuerung, zum Einsatz kommen.

Autor Matthias Damm ist Geschäftsführer der ascolab GmbH und einer der Editoren der OPC Unified Architecture Spezifikationen. Als eines der Gründungsmitglieder der UA Arbeitsgruppe setzt ascolab auf die neuen Möglichkeiten der OPC Unified Architecture, die die Grenzen der heutigen COM basierten OPC Lösungen sprengen wird. Vor allem bei eingebetteten Systemen und bei Unternehmensanwendungen ergeben sich durch die neue OPC Architektur erweiterte Einsatzmöglichkeiten. Die ascolab GmbH bietet Entwicklungs- und Beratungsdienstleistungen für die OPC Unified Architecture an und kann dabei auf die Erfahrungen aus der Spezifikationsarbeit und den ersten Implementierungen für Produkthersteller zurückgreifen.

Internet: www.ascolab.com   

IT&PRODUCTION, 01-2007