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OPC UA bis zum Sensor

Die Umsetzung von Industrie 4.0 erfordert eine digitale Durchgängigkeit der Produktion – von den Sensoren bis hinauf zur ERP-Ebene. Dies wird meist durch eine heterogene Buslandschaft und fehlende busübergreifende Standards erschwert. Abhilfe verspricht die Integration von OPC UA in POWERLINK.

Die Komplexität industrieller Automatisierungsaufgaben nimmt beständig zu. Dezentrale Steuerungskonzepte setzen sich durch: Peripheriegeräte sind über Feldbus und Industrial Ethernet angebunden und werden zusehends öfter mit Eigenintelligenz ausgestattet. Dadurch erlauben sie einen flexiblen, modularen und individuellen Aufbau der Automatisierungslösung. Nicht selten werden mit eigenen Steuerungen versehene einzelne Maschinenteile oder Teilmaschinen zu einer Gesamtmaschine zusammengefasst.

Offener Standard

„Für die Produktivität solcher Lösungen ist eine reibungslose Kommunikation zwischen den einzelnen Teilsystemen und Komponenten entscheidend“, erklärt Stefan Schönegger, Geschäftsführer der Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). Dabei ist es Maschinen- und Anlagenbauern sehr wichtig, dass ihre Möglichkeiten nicht durch proprietäre Lösungen eingeschränkt werden. „OPC UA bietet sich für die Kommunikation von der Feldebene bis zu ERP-Systemen als ideale Ergänzung zu POWERLINK an“, sagt Schönegger.

OPC UA ist ein offener Standard, den mittlerweile alle großen Steuerungshersteller implementiert haben. Er garantiert, dass sich Maschinen mit Steuerungen verschiedener Hersteller problemlos in einem System koordinieren lassen. Das Protokoll ist plattformunabhängig, der Kommunikationsstack kann auf beliebige Betriebssysteme und Embedded-Hardware portiert werden. „OPC UA ist das einzige Protokoll, das all diese Vorteile vereint“, sagt Schönegger. „Daher setzt die EPSG auf OPC UA als Kommunikationsprotokoll von der Feldebene bis hinauf zu ERP-Systemen.“

Enge Zusammenarbeit

Gemeinsam arbeiten die OPC Foundation und die EPSG derzeit an der vollständig schnittstellenfreien Kommunikation innerhalb und zwischen Produktionssystemen. Auf der SPS IPC Drives 2015 gaben die beiden Organisationen bekannt, die nötige Companion Specification gemeinsam zu erarbeiten. „Mit der EPSG haben wir einen starken Partner gewonnen“, sagte Tom Burke, Präsident der OPC Foundation bei dieser Gelegenheit. „POWERLINK ist die ideale Ergänzung zu OPC UA für Echtzeitanwendungen.“

„In einem ersten Schritt wird die Maschinensteuerung als Bindeglied zwischen der IT-nahen OPC-UA-Welt und der Echtzeitwelt von POWERLINK dienen“, erklärt Schönegger. Alle Maschinendaten werden vom OPC-UA-Server in der Maschinensteuerung gemappt, also standardisiert bereit gestellt. „So können SCADA- oder MES-Systeme zum Beispiel auf alle Sensordaten zugreifen. Dazu müssen die übergeordneten Systeme keinerlei Wissen über den inneren Aufbau der Maschine haben.“

„Die Companion Specification geht noch einen Schritt weiter“, erklärt Schönegger. OPC UA kann zukünftig vollständig in das POWERLINK-Protokoll integriert werden. POWERLINK transportiert in seiner asynchronen Phase – also unabhängig von den Echtzeitdaten – beliebige Ethernet-Protokolle. „OPC UA lässt sich ohne Zusatzaufwand vollständig in das POWERLINK-Protokoll integrieren.“

OPC UA Companion Specification for POWERLINK Thomas Burke and Stefan Schoenegger EPSG
OPC-Foundation-Präsident Thomas J. Burke (links) und EPSG-Geschäftsführer Stefan Schönegger gaben die Entwicklung einer OPC UA Companion Specification für POWERLINK auf der SPS IPC Drives 2015 bekannt.
POWERLINK cycle OPC UA
OPC UA wird in der asynchronen Phase des POWERLINK-Zyklus übertragen.

Gateways werden überflüssig

Damit entfallen sämtliche Schnittstellen, ein Gateway zwischen IT-Welt und POWERLINK ist nicht nötig. Die Maschinensteuerung muss nicht einmal OPC UA beherrschen, sie dient lediglich als Ethernet-Router. So kann ein SCADA-System via OPC UA zum Beispiel direkt auf einen Sensor zugreifen, Parameter ändern und Diagnoseinformationen abrufen. Alle OPC-UA-Services sind uneingeschränkt verfügbar.

„Auf der Sensor-/Aktor-Ebene können dabei I/O-Komponenten eingesetzt werden, die sowohl POWERLINK als auch OPC UA sprechen“, sagt Schönegger. Die I/O-Komponenten können dieselben Prozess- und Parameterdaten via POWERLINK an die Steuerung und über OPC UA an ein übergeordnetes System senden – gleichzeitig und unabhängig voneinander.

Einfaches Engineering mit POWERLINK

Ebenso wie OPC UA ist POWERLINK ein reines Softwareprotokoll, dessen Stack frei verfügbar ist und auf beliebige Plattformen portiert werden kann. „Die Kombination aus OPC UA und POWERLINK ermöglicht größtmögliche Freiheit beim Engineering von Maschinen und Anlagen“, sagt Schönegger. Mit PLCopen-konformen OPC-UA-Funktionsbausteinen können Applikationen leicht und einfach engineert werden – von welchem Hersteller die Steuerungen stammen, spielt dabei keine Rolle.

POWERLINK OPC UA Topology
Machine #1: Die Maschinensteuerung empfängt Sensor- und Aktordaten über POWERLINK und stellt sie für übergeordnete Systeme via OPC UA zur Verfügung.
Machine #2: Durch die direkte Integration von OPC UA in POWERLINK kann zum Beispiel ein SCADA-System direkt auf einen Sensor zugreifen, eine Gateway-Funktionalität in der Steuerung ist nicht notwendig.
Ejemplo
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