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„OPC UA wird echtzeitfähig“

Bei komplexen Prozessen mit Echtzeitanforderungen ist OPC UA bisher an seine Grenzen gestoßen. Daher arbeitet die OPC Foundation an 2 Erweiterungen, die OPC UA zum echtzeitfähigen Kommunikationsstandard machen: Mit dem Einsatz von Time-Sensitive-Network und dem Publish/Subscribe-Modell. Wir haben uns mit Matthias Damm von Unified Automation, dem Leiter der Arbeitsgruppe Pub/Sub der OPC Foundation zusammengesetzt, um zu erfahren, welche Vorteile die Erweiterungen für die Vernetzung innerhalb von Fabriken bieten. Ein erstes Pub/Sub-fähiges Produkt hat B&R bereits im Frühjahr 2016 vorgestellt. Welche Motivation dahinter steckt, verrät Sebastian Sachse, Technology Manager Open Automation bei B&R.

Herr Damm, wieso arbeiten Sie an der Erweiterung der OPC-UA-Spezifikation um Pub/Sub?

Matthias Damm: Heute ist OPC UA schnell, aber nicht deterministisch im Sinne der Automatisierung. Für die Anwendungsbereiche, bei denen heute mit OPC UA gearbeitet wird, steht im Vordergrund, dass die Daten verlässlich geliefert werden und keine Informationen verloren gehen. Für Anwendungsfälle, wie bei der Kommunikation zwischen Steuerungen, ist Echtzeitfähigkeit ein wichtiger Aspekt. Der Datenaustausch mit dem Publish/Subscribe-Modell kommt dem, wie Echtzeitsysteme arbeiten, sehr viel näher. Wenn man OPC UA Pub/Sub noch mit einem echtzeitfähigen Netzwerk verbindet – also Ethernet mit TSN-Erweiterung – dann wird OPC UA echtzeitfähig.

Welche Vorteile bietet die OPC-UA-Erweiterung mit Pub/Sub?

Damm: OPC UA arbeitet bisher mit einem Client/Server-Mechanismus. Ein Client fragt eine Information an (Request) und erhält eine Antwort von einem Server (Response). Die Übertragung findet asynchron statt. Dieses System stößt an seine Grenzen, wenn das Netzwerk viele Teilnehmer hat. Das Publish/Subscribe-Modell erweitert das Kommunikationsspektrum von OPC UA. Pub/Sub ermöglicht eine One-to-many- sowie eine Many-to-many-Kommunikation. Mit Pub/Sub können Entwickler ein festes Zeitfenster definieren, in dem die Daten ausgetauscht werden. Damit werden neue Anwendungsfälle abgedeckt, die mit Client/Server nicht optimal gelöst werden können.

Herr Sachse, weshalb beteiligt sich B&R an der Arbeitsgruppe Pub/Sub?

Sebastian Sachse: Die Arbeitsgruppen TSN und Pub/Sub der OPC Foundation haben die Verbreitung von OPC UA in industriellen Anwendungen erheblich beschleunigt. OPC UA findet Einzug in Anwendungsgebiete, in denen eine zyklische Kommunikation mit Anforderungen an die Echtzeit fundamental ist. B&R hat in diesem Bereich viel Erfahrung und möchte diese aktiv einbringen. Gemeinsam mit weiteren Partnerfirmen und deren Expertise kann so die bestmögliche Technologie entstehen.

Welche Auswirkungen hat die Erweiterung von OPC UA auf die Vernetzung innerhalb von Fabriken?

Damm: Einzelne Maschinen werden meistens zu größeren Anlagen kombiniert. Kommen allerdings 2 Maschinen mit jeweils anderen Automatisierungssystemen zum Einsatz, war es bisher immer schwierig, diese zu koppeln. Auf der Steuerungsebene ist es schwer, 2 Maschinen mit verschiedenen Feldbussen zu verbinden. Mit dem heutigen Modell von OPC UA können verschiedene Geräte und Software-Anwendungen von verschiedenen Herstellern miteinander verbunden werden.

Was kann dabei zusätzlich mit dem Publish/Subscribe-Modell erreicht werden?

Damm: Bei großen, dezentralen Systemen bringt eine One-to-many- sowie eine Many-to-many-Kommunikation über Publish/Subscribe einen entscheidenden Geschwindigkeitsvorteil. Das ist eine Grundvoraussetzung speziell für den Einsatz in der Linienkommunikation, etwa bei großen Verpackungsanlagen.

Wie weit ist die Pub/Sub-Spezifikation vorangeschritten?

Damm: Wir haben im Augenblick eine stabile Draft-Version. Ein Großteil ist bereits definiert. Bei unserer Projektarbeit ist es wichtig, dass erste Implementierungen parallel zur Spezifikationsarbeit durchgeführt werden. Auf der Hannover Messe im April hatten wir bereits erste Demos von verschiedenen Herstellern. Wir gehen davon aus, dass die Spezifikation bis Ende 2016 abgeschlossen ist.

Und wann werden die ersten Produkte verfügbar sein?

Damm: Da die Spezifikation und das Prototyping parallel laufen, kann die Spezifikation relativ schnell verifiziert werden. Die Hersteller beginnen schon mit dem Prototyping, deshalb werden erste Produkte ziemlich schnell am Markt verfügbar sein. Mitte 2017 halte ich für sehr wahrscheinlich.

Herr Sachse, B&R hat zur Hannover Messe das erste Feldgerät für OPC UA mit Pub/Sub vorgestellt. Weshalb arbeiten Sie bereits so früh an einem Feldgerät?

Sachse: Wie bereits von Herrn Damm beschrieben, kann die Spezifikationsarbeit durch frühe Implementierungen schneller abgeschlossen werden. Die praktischen Erfahrungen bei den Testaufbauten werden in den Arbeitskreisen mit eingebracht und direkt in die Spezifikation eingearbeitet. Durch die frühe Markteinführung sind wir einer der ersten Hersteller im Feld und können unsere Kunden bereits in einem sehr frühen Stadium bedienen.

Für welche Anwendungen eignet sich das Feldgerät?

Sachse: Der Buscontroller eignet sich besonders für die Fabrikautomatisierung und kann dort generisch eingesetzt werden. Mit den neuen Pub/Sub-Mechanismen werden die Daten besonders effizient verteilt und über jegliche Ethernet-Infrastruktur in die Cloud übermittelt. Bestehende Anlagen können damit nachgerüstet und neue geplant werden.

Welche Entwicklungsziele hat sich B&R mit OPC UA gesetzt?

Sachse: OPC UA hat einen signifikanten Einfluss in der Industrie und verbreitet sich kontinuierlich. Als kurzfristiges Ziel steht für B&R der Abschluss der Pub/Sub- und TSN-Spezifikationsarbeit und die Integration in relevante Produkte im Vordergrund. Längerfristig ist absehbar, dass sich OPC UA noch weitere Anwendungsfelder erschließt. B&R wird sich auch bei diesen Entwicklungen beteiligen. Wir verfolgen also das Ziel der OPC Foundation: OPC UA als offenen IIoT-Kommunikationsstandard vom Sensor bis zur Cloud zu standardisieren.

Gibt es konkrete Kundenanfragen nach weiteren OPC-UA-Produkten?

Sachse: Die OPC-UA-Technologie ist bereits bei unseren Kunden angekommen. Maschinen- und Anlagenkonzepte werden dementsprechend ausgelegt und geplant. Durch die vielen Möglichkeiten und Funktionen, die die Technologie bietet, entstehen neue Ideen und weitere Anwendungsfelder bei unseren Kunden. Mit unseren Produkten geben wir ihnen die Möglichkeit, ihre Ideen umzusetzen.

Wie hoch ist der Aufwand ein System, das bereits OPC-UA-fähig ist mit Pub/Sub zu erweitern?

Damm: Wenn heute bereits eine OPC-UA-Implementierung in einem Gerät oder einer Software vorhanden ist und keine Echtzeitanforderungen bestehen, kann die Erweiterung mit einem Update der Bibliothek, die für die Implementierung verwendet wird, durchgeführt werden. Der Aufwand ist daher relativ gering.

Matthias Damm und Sebastian Sachse
Matthias Damm, Leiter der Arbeitsgruppe Pub/Sub und Sebastian Sachse, Technology Manager Open Automation bei B&R erläutern, welche Vorteile die OPC-Erweiterung Pub/Sub für die Vernetzung innerhalb von Fabriken bietet.

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