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Integration von IT und Fertigungssystemen

Standardisierungsstrategien mit OPC

Integration von IT und Fertigungssystemen

Der OPC-Standard stellt Unternehmen mit Blick auf vertikale Integration der Automatisierungstechnik eine kaum zu überbietende Flexibilität zur Verfügung. Der entscheidende Vorteil der Standardschnittstelle liegt jedoch darin, die Abhängigkeit der Unternehmen von einzelnen Maschinen- oder Komponentenherstellern zu senken.

Bild: Matrikon OPC

Die Herausforderungen für die IT-Abteilungen wachsen stetig. Der wirtschaftliche Druck erzwingt immer höhere Flexibilität und Effizienz in den Fertigungsabläufen und ihrer Steuerung auf Unternehmensebene. Um Flexibilität und höhere Auslastung in der Fertigung zu erreichen, wird der Ruf nach unternehmensweitem Austausch von Automatisierungsdaten immer lauter. Aber die Integration von historisch gewachsenen Systemen, komplexe IT-Umgebungen und knappe Budgets vereinfachen die Aufgabe nicht.

Probleme beim Zusammenspiel von Automation und IT entstehen aus einer Reihe von Gründen: Vielfach können Altsysteme nicht kurzfristig ersetzt werden, so dass sie aus Kostengründen weiterverwendet werden müssen. Umstrukturierungen und Akquisitionen führen zudem in zahlreichen Unternehmen dazu, dass unterschiedliche Systeme eingebunden und integriert werden müssen. Dadurch werden die Verbindungen und Schnittstellen zwischen der Unternehmens-IT und der Prozessleitsystemebene immer komplexer. Das Hauptproblem liegt dabei nach wie vor in der Frage, wie Anwendungen auf Unternehmensseite mit Geräten und Controllern kommunizieren sollen, die nicht von Anfang an auf diese Aufgabe ausgelegt wurden.

Eingeschränkte Datenwege durch Herstellerstandards

Denn auch wenn sich IT- und Industrietechnologie immer mehr annähern, stehen an vielen Stellen Probleme mit der Datenkonnektivität einer schnellen Lösung hinsichtlich des steigenden Bedarfs an Automatisierungsdaten im gesamten Unternehmen entgegen. Zwar gibt es viele Angebote seitens der Hersteller von Automatisierungs- und Leittechnik, aber diese setzen häufig proprietäre Protokolle ein. Vielfach gestatten diese anbieterbezogenen Standards aber nur den Produkten einer bestimmten Produktlinie, miteinander zu kommunizieren. Diese benötigen dann spezielle Treiber-Software, um mit den Systemen anderer Hersteller Daten und Steuerbefehle auszutauschen. Dies bringt Unternehmen in eine Abhängigkeit von Standards der Hersteller und verursacht viele der Integrationsprobleme, mit denen die IT konfrontiert ist. Zusätzliche Komplikationen ergeben sich dadurch, dass oftmals auch verschiedene Produktlinien desselben Anbieters nicht kompatibel sind.

OPC-Standard dient als Informationsbrücke

Eine Lösung für diese Probleme finden viele Anwender schon lange in der OPC-Technologie. Die Abkürzung OPC steht für ‚OLE for Process Control‘ und bezeichnet einheitliche Software-Schnittstellen für Automatisierungstechnik. Der Standard wurde von der Herstellervereinigung OPC Foundation ins Leben gerufen und dient dazu, Automatisierungsdaten zwischen Geräten, Controllern und Anwendungen unternehmensweit austauschen zu können.

Der Einsatz der durch OPC festgelegten, einheitlichen Datenstruktur kann vermeiden, dass Änderungen auf Geschäfts- oder Automatisierungsebene zu langwierigen Anpassungen an Hersteller-Schnittstellen führen. Dazu werden OPC-Komponenten zwischen der Datenquelle und dem Datenempfänger angesiedelt. Sie übersetzen Informationen aus der ‚Sprache‘ der Geräte und Steuersysteme hin zu Software-Anwendungen. Vor Ort müssen dafür lediglich standardisierte OPC-Clients und -Server installiert werden, die zum Beispiel von Matrikon OPC als fertige Software für eine Vielzahl von Geräten, Steuersystemen und Anwendungen angeboten werden.

Von der Feldebene in die Unternehmenssoftware

Der Einsatz von OPC kann Anwendungen in einem Fertigungsunternehmen so auf einheitliche Weise Zugriff auf Echtzeit-Informationen aus den unterschiedlichen, unternehmensweit verwendeten Systemen verschaffen. Infrastrukturen, die auf OPC aufbauen, sammeln zum Beispiel Daten für die Qualitätssicherung aus Steuerungssystemen, speichern sie in einem ‚Historian‘ genannten Prozessdatenarchiv zur Unterstützung der Entscheidungsfindung und sind zudem in der Lage, diese Daten über das Feldgerätenetzwerk hinaus zuverlässig und sicher beispielsweise an Manufacturing-Execution-Systeme (MES) oder Enterprise-Resource-Planning-Lösungen (ERP) zu übergeben. Zudem vermeidet der Verzicht auf herstellerspezifische Protokolle und proprietäre Schnittstellen zwischen den Systemen oft langwierige Programmierarbeiten, die die Kosten in die Höhe treiben.

Automatisierungsintegration am Beispiel des MatrikonOPC Universal Connectivity Servers: Die Software kommuniziert über herstellerspezifische Plug-ins mit Automatisierungsgeräten und liefert standardisierte Daten an die Unternehmens-IT. Bild: MatrikonOPC

OPC UA: Ein Standard wird erwachsen

Als jüngste Spezifikation der OPC Foundation bietet die OPC Unified Architecture (OPC UA) mit offenen, plattformunabhängigen Protokollen und integrierten Sicherheitsmechanismen eine sehr stabile Grundlage für eine beherrschbare und einheitliche Sicherheitsarchitektur vom Feldgerät bis zur Unternehmens-IT. Mit OPC UA wird OPC endgültig ‚erwachsen‘: Schnittstellen dieses Standards sind so allgemein gehalten, dass sehr flexibel programmiert werden kann. Die für die Automatisierungstechnik wichtigen Funktionen wie die Übertragung von Echtzeitdaten, Übermittlung von Verlaufs- oder historischen Daten und die Weiterleitung von Alarmen und Benachrichtigungen bauen auf den Basisprotokollen und Programmierschnittstellen auf. Dadurch muss das Konzept ‚an der Basis‘ nicht mehr erweitert werden. Anwendern bietet dieser Ansatz den Vorteil, dass auch spezielle Lösungen basierend auf OPC langfristig ohne Überarbeitung weiter betrieben werden können.

Servicebasierte Architektur erhöht Unabhängigkeit

Die UA-Spezifikation ist so ausgelegt, dass auch klassische OPC-Installationen entsprechend erweitert werden können und ist zugleich flexibel genug, um auch komplexe Systeme vollständig zu beschreiben. OPC UA bietet die Funktionalität der klassischen OPC-Spezifikationen und löst mit einer servicebasierten Architektur die dort bestehenden Einschränkungen in Bezug auf Sicherheit und Plattformunabhängigkeit. Diese sind zum Teil auf das verwendete Distributed Component Object Model (DCOM) zurückzuführen, das zwar bewährt ist, aber auch die Komplexität in die Höhe treibt.

OPC UA vereinfacht den Umgang mit komplexen Datenstrukturen und mehrschichtigen Vorgängen, wie ein Beispiel zeigt: Um den aktuellen Wert eines Temperatursensors, den historischen Mittelwert der Temperatur und das Ereignis einer Temperaturüberschreitung zu erfassen, mussten OPC-Anwender bisher drei verschiedene OPC-Spezifikationen (Data Access, Alarms & Events und Historical Data Access) beachten. Mit OPC UA lassen sich diese Aufgaben mit nur einer Spezifikation erfüllen.

Der Einsatz eines offenen Standards im Rahmen ihrer Integrationsstrategie gestattet Unternehmen so, eine einheitliche Informationslandschaft mit vergleichsweise niedrigem Aufwand aufzubauen und langfristig zu pflegen. Je mehr Daten aus unterschiedlichen Systemen verknüpft werden können, desto vollständiger fällt das Bild über die Abläufe in der Fertigung aus. Und eine einheitliche Sicht auf den Shop Floor kommt wiederum der Prozessoptimierung zugute – und damit langfristig auch der Wettbewerbsposition des Unternehmens.