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Harmonische Systemwelt

Der digitale Zwilling

Nach der Studie ‘Cisco Visual Networking Index’ sollen im Jahr 2020 von den 26.3 Milliarden Netzteilnehmern immerhin 46 Prozent Maschinen sein. Damit Geräte tatsächlich kollaborieren können, ist neben der Vernetzung auch eine Information über das jeweilige Gerät – egal ob Sensor, Maschine, Anlage oder IT-System – nötig, die die Funktionen und Fähigkeiten in Form eines digitalen oder virtuellen Abbilds umfasst. Fachleute nennen dieses Abbild häufig einen digitalen Zwilling oder Digital Twin.



OPC UA und AutomationML im Zusammenspiel.
Bild: Fraunhofer IOSB

Für die Beschreibung oder Selbstbeschreibung der Geräte bietet sich AutomationML als einer der internationalen Standards im Produktionsumfeld an. Weiterhin müssen Informationen auch ausgetauscht werden, was bedeutet, dass ein standardisierter Zugriff auf das Gerät möglich ist, eventuell sogar nicht nur lesend, sondern auch schreibend, um das Gerät und dessen Funktionen zu kontrollieren. Einer der Kandidaten, um nicht nur im Produktionsumfeld Informationen zwischen vernetzten Geräten auszutauschen, ist OPC UA. Eine ähnliche Ausprägung von intelligenten, vernetzten Komponenten, die mithilfe von OPC UA und AutomationML realisiert werden könnte, ist im Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 als Industrie 4.0 Komponente beschrieben. Doch die Vielfalt ist groß. Neben AutomationML und OPC UA bieten sich zahlreiche nationale und internationale Standards für einen solchen Einsatzzweck an. Da ist es nur natürlich, dass aufgrund historischer, strategischer oder technologischer Entscheidungen häufig mehr als ein Standard zum Einsatz kommt. Daher heißt das Zauberwort für die Zukunft: Harmonisierung.

Standards kombinieren

Bei der Harmonisierung gehen Standards wie OPC UA oder auch AutomationML mit gutem Beispiel voran. Beide Standardreihen erlauben die Kombination mit weiteren Standards nicht nur, sondern fördern diese explizit. AutomationML integriert von Haus aus verschiedene andere XML-basierte Standards, um für den Anwendungsfall etablierte Formate zu nutzen und zu kombinieren. Dies ist beispielsweise bei der Beschreibung von Verhalten und Logik mittels PLCopenXML der Fall, aber auch auf oberster Ebene setzt AutomationML auf CAEX, um die Topologie abzubilden. Weiterhin können viele andere Standards in AutomationML überführt oder abgebildet werden. So zum Beispiel die formalisierte Prozessbeschreibung oder die VDI Richtlinie 5600 Blatt 3 zur Integration von MES Wissen.

Domänenspezifische Modelle

OPC UA bietet mit den ‘Companion Specifications‘ eine Möglichkeit, domänenspezifische Informationsmodelle zu entwickeln und zu nutzen, die nun auch in die Normenreihe zu OPC UA einfließen. Die OPC Foundation arbeitet hier mit mehr als 20 verschiedenen Organisationen gemeinsam an der Erstellung solcher Informationsmodelle. Die Themen und Inhalte der Companion Specifications sind sehr divers und reichen von PLCOpen Funktionsblöcken über Analyse- oder RFID-Gerätebeschreibungen bis hin zu Anwendungen in der Gebäudeautomatisierung oder der Öl- und Gas-Industrie. Daher war es auch nur logisch, dass die Organisationen (AutomationML e.V. und OPC Foundation) sich bereits 2013 auf eine gemeinsame Zusammenarbeit verständigt haben.

Heute existiert bereits eine gemeinsame Companion Specification, die von der gemeinsamen Arbeitsgruppe (Bild) erarbeitet wurde und die aktuell in Richtung einer DIN SPEC weiterentwickelt wird. Diese Companion Specification enthält einerseits Übersetzungsregeln, um AutomationML-Modelle in OPC UA Informationsmodelle zu überführen, sowie eine vordefinierte Knotenmenge mit Objekten, um das Informationsmodell einheitlich zu organisieren und zu strukturieren. Andererseits wird aber auch festgelegt, wie OPC UA Konfigurationsinformationen in AutomationML beschrieben werden sollen. In der angestrebten DIN SPEC werden in einem informellen Anhang darüber hinaus mögliche Use Cases beschrieben, bei denen es Sinn macht, AutomationML und OPC UA zu kombinieren. Diese befassen sich beispielsweise

  • mit dem Austausch von Informationen mit dem Scada-Systemen oder MES
  • mit dem Austausch von Informationen für Wartung, Reparatur und Überholung
  • mit dem Informationslebenszyklusmanagement
  • mit dem Austausch von Engineering-Informationen im Änderungsfall
  • mit der Nutzung in gemischten Simulationsumgebungen

Plug and work

Die heutigen Use Cases befassen sich dabei mit dem Austausch von Informationen und der Umkonfiguration von Systemen. Plug-and-work ist hier das Stichwort. In Zukunft müssen dabei auch zusätzliche Dienste oder Funktionalitäten während des Betriebs bereit gestellt werden. Hierzu gibt es erste Ansätze, auch diese Änderungen und Anpassungen im laufenden Betrieb mittels OPC UA und AutomationML zu realisieren. Die gemeinsame Arbeitsgruppe der OPC Foundation und des AutomationML e.V. hat während der Arbeit an der ersten Version der Companion Specification aber bereits weiteren Harmonisierungsbedarf identifiziert und arbeitet aktuell an möglichen Harmonisierungsstrategien. Dabei geht es zum einen um die Harmonisierung mit den Companion Specifications, die die Umsetzung von AutomationML-internen Formaten beschreiben, wie zum Beispiel die IEC62264, deren Nutzung als Hierarchieebenen als Teil der informativen Extended Role Class Lib im Teil 2 der AutomationML-Spezifikation beschrieben sind oder PLCopen, dessen Nutzung in Form von PLCopenXML im Teil 4 der AutomationML-Spezifikation beschrieben ist. Hier sind die Zuständigkeiten klar getrennt und es geht um die Möglichkeit, entsprechende Modellelemente im OPC UA-Informationsmodell in Relation zu setzen. Zum Anderen müssen aber auch Companion Specifications mit dem OPC UA Informationsmodell von AutomationML harmonisiert werden, die Überlappungen mit den Inhalten der AutomationML-Modelle aufweisen.

So zum Beispiel im Fall der Companion Specifications ‘OPC UA for Devices‘ oder ‘Field Device Integration‘. Hier wird in Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen oder Experten der anderen Companion Specifications versucht, einen gangbaren Weg für beide Seiten zu finden, wie die bestehenden Modelle nicht nur koexistieren, sondern miteinander verlinkt werden können, sodass ein großes Informationsnetz entsteht und jeder seinen Teil dazu beitragen kann. In der Praxis ist aber auch die Anwendbarkeit von Standards wichtig. Auch hier engagieren sich AutomationML und OPC UA, um das Ganze so praktikabel wie möglich zu gestalten. Einerseits bieten beide eine Modellierungsbasis an, AutomationML in Form der Standardbibliotheken, OPC UA in Form der Nodesets, die kostenfrei im Internet auf der jeweiligen Webseite zum Download bereit steht. Andererseits gibt es mit dem UA Compliance Test Tool (UACTT) und dem AMLTestCenter auch Tool-Unterstützung zur automatisierten Kontrolle der Einhaltung aller Standardregeln. Weiterhin organisieren beide Organisationen regelmäßig Plugfests, bei denen die Entwickler den Ernstfall proben können. Die OPC Foundation geht mit expliziten Konformitätstests zur Zertifizierung auch noch einen Schritt weiter.

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