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„OPC UA bringt Bewegung ins Spiel“

Der Werkzeugmaschinenbauer exeron ist von OPC UA überzeugt. Der Spezialist für Funkenerodieren hat eine Kommunikationslösung auf Basis des offenen IEC-Standards entwickelt. Wir sprachen mit den Softwarespezialisten Michael Lamparth und Paulus Kolb von exeron und Sebastian Sachse, Technology Manager Open Automation bei B&R, über das aktuelle und die zukünftigen OPC-UA-Projekte und ihre Erwartungen.

Bedienerschnittstelle 2

Herr Sachse, wieso setzt B&R so stark auf OPC UA?

Sachse: OPC UA ist die Lösung für eine der größten Herausforderungen moderner Produktionskonzepte. Egal, ob wir es Industrie 4.0, Industrial IoT oder Smart Factory nennen, – die Produktion der Zukunft ist nur möglich, wenn alle Komponenten einer Produktionsanlage über ein einheitliches Netz kommunizieren. Das reicht vom Sensor bis hinauf zu ERP- und Leitsystemen. Nur wenn IT und OT zusammengeführt werden, entsteht die nötige Transparanz der Daten, die für Industrial IoT-Anwendungen notwendig ist.

Es gibt schon zahlreiche Netzwerke, Feldbusse und Kommunikationsprotokolle, wieso soll nun noch ein weiteres eingeführt werden?

Sachse: Genau das ist der Punkt: Es gibt zu viele Protokolle. Schauen wir uns eine typische Maschinenhalle an. Dort stehen Maschinen zahlreicher Hersteller, die wiederum unterschiedliche Steuerungssysteme mit unterschiedlichen Feldbussen oder Industrial-Ethernet-Netzwerken einsetzen. Selbst wenn diese Maschinen getrennt voneinander arbeiten, ist diese Heterogenität mit großem Aufwand bei Inbetriebnahme und Wartung verbunden.

Wenn die einzelnen Komponenten eng miteinander kommunizieren sollen, …

Sachse: … ist das auf diesem Wege quasi unmöglich. Zahlreiche Gateways und Schnittstellen müssen programmiert und instandgehalten werden. Dazu ist Geld, Zeit und spezielles Fachpersonal nötig. Spätestens wenn Reaktionszeiten im Echtzeitbereich nötig werden, zum Beispiel, um einen Roboter und eine Spritzgießmaschine zu synchronisieren, lässt sich das so nicht umsetzen.

Was versprechen Sie sich vom Einsatz von OPC UA in Ihren Maschinen und Anlagen Herr Kolb?

Kolb: Wir möchten mit OPC UA die von uns zu unterstützenden Schnittstellen reduzieren. In einem ersten Schritt haben wir uns auf die Kommunikation innerhalb der Maschinen fokussiert. Doch wir sehen noch deutlich mehr Potenzial für OPC UA in unserer Branche. Mittel- und langfristig ist es unser Ziel, Standardschnittstellen, die auf OPC UA aufbauen, für die Linienkommunikation und zur Ankopplung an ERP- und BDE-Systeme auf den Weg zu bringen und deren Verbreitung aktiv zu fördern.

Welchen Nutzen erwarten Sie sich?

Kolb: Wir entlasten durch eine Vereinheitlichung von Schnittstellen unsere internen Ressourcen, die wir lieber darauf verwenden, die Unterscheidungsmerkmale unserer Erodier- und Fräslösungen weiter auszubauen. Viele Marktteilnehmer verfolgen die gleiche Strategie, sodass eigentlich alle ein Interesse am Einsatz einer vereinheitlichten Schnittstelle haben sollten. Mit OPC UA steht die passende Lösung für die Implementierung zur Verfügung.

Wo setzen Sie OPC UA in Ihren Maschinen als erstes ein?

Kolb: Erstes Einsatzgebiet ist die Anbindung der Bedienerschnittelle an die CNC-Steuerung von unseren Senkerodiermaschinen, der EDM-Line. Wegen einiger spezieller Anforderungen, die auf die Besonderheiten des Erodierprozesses zurückzuführen sind, können wir bei diesen Maschinen keine Universal-Steuerungen einsetzen. Wir haben eigene CNC-Steuerungen entwickelt und wegen fehlender Alternativen dazu eine proprietäre Schnittstelle zu unseren HMI-Systemen geschaffen. Seit 20 Jahren sind bei exeron eine ganze Reihe an Schnittstellen entstanden, die wir mit eigenen Mitteln unterstützen und weiterentwickeln müssen. Dasselbe gilt auch für Diagnose- und Wartungsmöglichkeiten.

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"OPC UA ist die Lösung für eine der größten Herausforderungen moderner Produktionskonzepte, nämlich die Konnektivität von Systemen. OPC UA hat das Potenzial die klassischen Feldbusse auf Steuerungsebene zu vereinheitlichen und ausschließlich damit eine durchgängige Kommunikation bis hinauf in die Cloud abzuwickeln." Sebastian Sachse, Technology Manager Open Automation bei B&R

Wie weit ist die Umstellung auf OPC UA bei exeron bis dato gediehen?

Lamparth: In einem ersten Schritt haben wir unsere proprietäre Schnittstelle analysiert und erforderliche Datenobjekte definiert. Darauf aufbauend wurde von uns geprüft, wie wir diese Objekte und die erforderliche Funktionalität auf OPC UA abbilden können. Hilfreich waren Erkenntnisse aus der Evaluierung ähnlicher Techniken und Ansätze, wie von Corba oder dem IWS der Universität Stuttgart. Dann haben wir untersucht, wie sich das Ganze mit Lösungen von B&R umsetzen lässt. Das Ergebnis der gemeinsamen Aktivitäten war ein funktionsfähiger Prototyp.

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Die EDM-Linie von exeron benötigt durch die Integration aller prozessrelevanten Systeme und Aggregate nur eine äußerst geringe Stellfläche. Zudem ist eine Anbindung an verschiedene Automationssysteme möglich. Bisher war eine einheitliche Anbindung der Werkzeug- und Werkstück-Magazine, wie sie exeron und anderen Werkzeugmaschinenhersteller angeboten wird, noch nicht möglich. (Foto: exeron)

Welche weiteren Einsatzgebiete für OPC UA sehen Sie in Ihrem Umfeld?

Kolb: Mit der zunehmenden Automatisierung, die unsere Anwender spürbar vorantreiben, wächst die Zahl der potenziell zu unterstützenden Schnittstellen in der Linie und darüber rasant weiter an. Bei uns betrifft das zum Beispiel die von uns entwickelten Scanmodule, mit der wir unsere Werkzeug/Werkstück-Magazine ausstatten, um einen 24h-Betrieb zu ermöglichen. Im Laufe der Jahre haben wir für die Anbindung der unterschiedlichen Scaneinheiten und Magazinvarianten an die Maschinensteuerung beziehungsweise Leitsysteme diverse Schnittstellen definiert, die wir nun ebenfalls mit Hilfe von OPC UA vereinheitlichen wollen.

Lamparth: Dazu kommt, dass nicht nur wir solche Magazine anbieten. Auch diese Maschinen arbeiten mit proprietären Schnittstellen, sodass sich die Hersteller von Zellenleitsystemen mit einem großen Angebot an Scaneinheiten und deren unterschiedlichen Schnittstellen auseinandersetzen müssen. Es leuchtet ein, dass hier allen Beteiligten eine Schnittstelle weiterhelfen würde, die die erforderlichen Informationen, wie die Werkzeugposition, einheitlich bereitstellt. Da bietet sich ein entsprechendes Profil für OPC UA an.

Gibt es dieses Profil schon?

Lamparth: Wir sehen uns als Vorreiter und haben daher bereits eine auf OPC UA aufbauende Scanschnittstelle definiert, die wir intern anwenden. Sie kann als Blaupause für ein Profil dienen, das später idealerweise über die OPC Foundation standardisiert wird. Wir sind überzeugt, dass wir bei den Leitsystemherstellern damit auf offene Ohren stoßen. Bestandsanlagen können natürlich über ein Gateway eingebunden werden. Intern kommunizieren unsere Geräte aber zukünftig über OPC UA. Klar ist für uns, dass die Maschinenbetreiber die fragliche Schnittstelle erst in ihre Pflichtenhefte schreiben, wenn sie existiert und sich etabliert hat. Dann werden sie entsprechende Vorgaben machen.

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Jedes Magazin für Werkzeuge oder Werkstücke wird mit einer Scan-Einheit ausgestattet. exeron hat als Ersatz für proprietäre Lösungen eine OPC-UA -basierte Schnittstelle definiert und hofft auf eine Standardisierung durch die OPC Foundation. (Foto: exeron)

Es gibt genug Echtzeitprotokolle, wieso muss es gerade OPC UA sein?

Sachse: Dafür gibt es mehrere Gründe. Zum einen ist OPC UA ein unabhängiger und anerkannter Standard, der die Produktionswelt und die IT-Welt verbindet. Zum anderen stellt es von Haus aus Security-Funktionen zur Verfügung, mit denen Daten zuverlässig und sicher übertragen werden. Und dann gibt es noch ein ganz entscheidendes Alleinstellungsmerkmal: OPC UA überträgt nicht nur Daten, sondern Informationen.

Wie schätzen Sie insgesamt die Chancen für OPC UA ein Herr Kolb?

Kolb: Bestens. Aktuelle Trends wie Industrie 4.0 und IIoT sowie Weiterentwicklungen des OPC UA Standards – beispielsweise die Offenlegung des Stacks- verstärken den Druck, solche Schnittstellen auf allen Ebenen der Automatisierungspyramide zu entwickeln und zu nutzen. Vor OPC UA gab es keinen Standard, der zugleich offen, sicher, hardwareunabhängig, betriebssystemübergreifend und skalierbar gewesen wäre. Mit OPC UA bietet sich erstmals die Möglichkeit, Schnittstellen von der ERP- bis zur Feldebene zu vereinheitlichen. OPC UA bringt also endlich Bewegung ins Spiel.

Apropos Feldebene – wie bewerten Sie die Echtzeiterweiterung TSN für OPC UA?

Lamparth: Das lässt sich noch nicht bewerten, da der Standard ja noch in Bewegung ist. Wir begrüßen aber die Erweiterung sehr, da sie für Determinismus auf der Feldebene sorgt. Wünschenswert wären darauf aufbauende Standardschnittstellen für Antriebe, mit denen wir ohne Aufwand zwischen den Antrieben der diversen Hersteller wechseln könnten. Wir arbeiten weiterhin mit Protokollen wie POWERLINK, die 150 Byte zyklische Prozessdaten höchst deterministisch und synchron in 400 Mikrosekunden übertragen können. Das ist mit OPC UA heute noch nicht möglich, aber wir werden sehen, was die laufenden Entwicklungen bringen werden.

  • Kolb
    Paulus Kolb
    Softwarespezialist, exeron
    „Vor OPC UA gab es keinen Standard, der zugleich offen, sicher, hardwareunabhängig, betriebssystemübergreifend und skalierbar gewesen wäre. Mit OPC UA bietet sich erstmals die Möglichkeit, Schnittstellen von der ERP- bis zur Feldebene zu vereinheitlichen. Endlich kommt Bewegung ins Spiel.“
  • Lamparth
    Michael Lamparth
    Softwarespezialist, exeron
    „Durch eine Vereinheitlichung von Schnittstellen entlasten wir unsere internen Ressourcen. Mit OPC UA von B&R steht die passende Lösung für die Implementierung zur Verfügung. Das Ergebnis unserer gemeinsamen Zusammenarbeit war ein funktionsfähiger Prototyp.“
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