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Ein Protokoll ist erwachsen geworden

Heterogene Systemlandschaft

Ein Protokoll ist erwachsen geworden

Der Lebensmittelhersteller Valio Ltd. betreibt Produktionsstandorte in Finnland, Estland und Moskau. Die Interoperabilität zwischen den vielen eingesetzten Automatisierungs- und Manufacturing Execution-Systemen herzustellen, ist eine ständige Herausforderung. Um die Daten verschiedener Hersteller auf einen Nenner zu bringen, setzt die Unternehmensgruppe schon lange auf OPC und seit kurzem auf OPC UA.

BIld: Fotolia / Pablo_74

Der Lebensmittelproduzent Valio Ltd. betreibt 15 Produktionsstandorte in Finnland, zwei in Estland und ein Kundenzentrum mit Produktionsstätte in Moskau. Dort werden verschiedene Manufacturing Execution- und Automatisierungssysteme von unterschiedlichen Herstellern eingesetzt. Innerhalb nur einer Fabrik sind Prozessleitsysteme von Honeywell, Siemens, Metso und ABB mit diskreten Fertigungseinheiten von Siemens, Omron, Mitsubishi und vielen anderen verbunden. Jede der 15 Produktionsstätten verwendet zudem unterschiedliche Systemkomponenten. Interoperabilität und Inkompatibilitäten von verschiedenen proprietären Protokollen stellen im Tagesgeschäft des Produzenten eine große Herausforderung dar. Auf der Produktionsebene ist die Harmonisierung der Kommunikation zwischen Feld- und Produktionsebene unter Verwendung von ‚klassischem‘ OPC schon lange Stand der Technik und wird bei dem Nahrungsmittelhersteller auch längst in Leitebene, Produktion und Verpackung umgesetzt.

Klassischem OPC sind Grenzen gesetzt

Jedoch stößt ‚klassisches‘ OPC für die netzwerk- und standortübergreifende Kommunikation an Grenzen. Auf der Unternehmensleitebene ist das produzierende Unternehmen aufgrund verschiedener Protokolle und proprietärer Lösungen mit denselben Interoperabilitätsproblemen konfrontiert, die früher häufig in der Automatisierung anzutreffen waren. Jeder Hersteller bringt sein eigenes Webserviceprotokoll mit und es sind permanent Anpassungen und Customizings erforderlich. Die zentralisierten Unternehmensanwendungen sammeln Daten von Produktion, Verpackung und Lagerhaltung. Manufacturing Execution System (MES), Produkt- und Warenverfolgung, Gesamtanlageneffektivität-Metriken, Laborinformations- und Managementsysteme und deren Datenbankverbindungen ins IT-Netzwerk erfordern ein Firewall-freundliches, sicheres und zuverlässiges Standardprotokoll.



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Ein Datenkonzentrator

Die Verbindung von Produktion und Unternehmen soll ohne Anlagenstillstand vollzogen werden, eine sanfte Migration ohne Beeinträchtigung der laufenden Produktion. Jedes Subnetz in jedem Bereich der Produktion hat eigene Anforderungen und Sicherheitsvorschriften und ist über Gateways und Firewalls geschützt. Die direkte Verbindung von MES und Produktion wird kritisch betrachtet, da der Konfigurations- und Administrationsaufwand, vor allem bei gesichertem Zugriff, enorm ist. Hohe Kosten für die Implementierung und Pflege einer eigenen Integrationslösung haben zur Entscheidung geführt, einen bewährten Industriestandard einzusetzen. Um das Engineering zu vereinfachen, soll ein Datenkonzentrator verwendet werden, ein einziger Zugangspunkt pro Subnetz. Dieser Maschinenknoten soll kaskadierend oder aggregierend alle unterlagerten ‚klassischen‘ OPC-Server zusammenfassen, ohne dabei Informationen zu verlieren oder das bestehende Sicherheitskonzept zu unterlaufen. OPC UA konnte diese Anforderungen erfüllen.

Der finnische Hersteller von Molkereiprodukten Valio verwendet OPC UA als zentrale Integrationsplattform. Bild: Fotolia / Midosemsem

Backbone für die vertikale Infrastruktur

Ohne Änderung an der bestehenden Kommunikation in der Produktionsebene kann OPC UA – als zentraler Daten-Backbone – alle unterlagerten Systeme integrieren und ermöglicht so einen sicheren Zugriff aus dem IT-Netzwerk. Dieser Backbone dient als Infrastruktur für die gesamte vertikale Kommunikation. Das fabrikweit eingesetzte MES verwendet einen von der finnischen Firma Prosys entwickelten, .NET-basierten OPC UA-Client für den Zugriff auf Prozessdaten. Das unternehmensweite Overall Equipment Effectiveness-System (OEE) kann auf die gleiche Weise standortübergreifend Informationen austauschen. Zur Migration der Prozessdaten auf OPC UA wurde das UaGateway, eine installationsfertige Anwendung von der Firma Unified Automation, in einem Modellszenario getestet und für diese Aufgaben ausgewählt. Darauf basierend hat Valio entschieden, OPC UA schrittweise in alle 15 Produktionsstandorte zu integrieren.

Umstieg ohne Infrastrukturwechsel

OPC UA ist der Nachfolger der ‚klassischen‘ OPC-Standards. Es ersetzt die alten DA-, A&E- und HDA-Schnittstellen und fügt Plattformunabhängigkeit, Autorisierung/Authentifizierung über X509-Zertifikate und verschlüsselte Übertragung hinzu. Die Migration vom alten OPC auf UA mittels UaGateway bringt Vorteile:

Speziell der ‚Single-Point-of-Access‘ für eine Produktionsstätte oder ein operatives Subnetz zeigt die Möglichkeiten von OPC UA zur Verkettung von Serverstrukturen und zur Informationsaggregation. Der Aufbau von Datendrehscheiben oder Datenkonzentratoren auf einem Knoten-Rechner zur Übertragung durch Firewalls ins IT-Netz kann Konfigurationsaufwand und Lizenzkosten minimieren, und gestattet gleichzeitig, die bestehende Verkabelung und Netzwerkstruktur beizubehalten. Der als Systemintegrator in das Projekt eingebundene Dienstleister Prosys verwendete das UaGateway als Systemkomponente in der vertikalen Integrationslösung des Produzenten. Zusätzliche UA-Clients können OPC-Altsysteme über das UaGateway erreichen. Dass kommende Automatisierungssysteme OPC UA direkt unterstützen dürften, spricht zudem für die Zukunftssicherheit der Lösung.

Die Technologie ist längst ‚erwachsen‘ geworden

OPC UA ist längst erwachsen geworden und kann in einer Vielzahl von Szenarien eingesetzt werden. Selbst wenn derzeit noch nicht alle Systeme durchgängig OPC UA unterstützen, kann sich der Umstieg auf OPC UA für viele Unternehmen lohnen, da durch Tools wie das UaGateway bestehende OPC-Schnittstellen einfach integriert werden können. Schon heute stellt der Einsatz von OPC UA für Konfigurations- und Engineeringaufwände bei der Ankopplung vieler neuer Systeme eine spürbare Entlastung dar. Die integrierten Sicherheitsmechanismen von OPC UA sind in jedem Fall sofort nutzbar.