Universeller Datenaustausch mittels OPC UA für Industrie-4.0-Anwendungen

  • Datenaustausch heute: Klassisch-pyramidische, bidirektionale Automatisierungskonzepte rund um eine zentrale SteuerungDatenaustausch heute: Klassisch-pyramidische, bidirektionale Automatisierungskonzepte rund um eine zentrale Steuerung
  • Datenaustausch heute: Klassisch-pyramidische, bidirektionale Automatisierungskonzepte rund um eine zentrale Steuerung
  • Datenaustausch in Zukunft: OPC UA als offenes Kommunikationsprotokoll kann sowohl über die Feldbusschnittstelle wie auch über die Diagnoseschnittstelle der Gateways verwendet werden.

Die digitale Vernetzung der industriellen Produktion mit der IT ist die Voraussetzung für die intelligente Fabrik von morgen. Eine neue Hardware-Plattform sorgt nun dafür, dass die Daten von Aktuatoren und Sensoren optimal aufbereitet nach oben gelangen. Die Brücke zwischen den Welten führt über das offene Kommunikationsprotokoll OPC UA, das sich derzeit als De-facto-Standard für Industrie-4.0-Anwendungen etabliert.

Die Geschichte von Bihl+Wiedemann ist eine Geschichte der universellen, maschinellen Kommunikation. Die Gateways der AS-Interface-Spezialisten sprechen seit jeher die unterschiedlichen Sprachen der Automatisierung – und lassen sich dennoch wie normale Slaves in die unterschiedlichen Steuerungssysteme einbinden.
Dass jetzt die Ära von Industrie 4.0 beginnt, bedeutet aus Sicht des Mannheimer Unternehmens also im Grunde eines: Das Team, mit dem AS-i zusammenspielt, wird in Zukunft aus deutlich mehr Playern bestehen. Denn in der intelligenten Fabrik von morgen ist es nicht nur die übergeordnete Steuerung, die sich für die Daten von Aktuatoren und Sensoren interessiert. Angesichts der zunehmenden Vernetzung der industriellen Produktion mit der Informationstechnologie treten plötzlich eine ganze Reihe zusätzlicher Adressaten auf den Plan.

Integration einer zusätzlichen Schnittstelle: OPC UA

Gleich, ob sie an eine SPS oder einen Diagnose-PC, an ein Bedienpanel oder einen Webserver, an einen lokalen Analyse-Server oder zur weiteren Analyse in eine Cloud geschickt werden: Die Daten der Aktuatoren und Sensoren bilden die Basis für alles, was auf den nächsten Ebenen passiert. Sie müssen also gleichzeitig zur Verfügung stehen, aber sie werden unterschiedlich genutzt: Auf der untersten Ebene bietet sich deshalb im Hinblick auf Geschwindigkeit und Robustheit die binäre, einfach strukturierte Übertragung per Feldbus an. Weiter oben spielt indes nicht mehr die Zeit, sondern eher die Datenmenge eine Rolle. Zudem müssen für die höheren Ebenen aus den Daten durch Hinzufügen einer entsprechenden Semantik Informationen werden, die sich im Gesamtkontext interpretieren lassen.
Um den Datenaustausch von unten nach oben trotz der immer komplexeren Anforderungen so einfach und verlässlich wie möglich zu gestalten, bietet sich die Integration einer zusätzlichen Schnittstelle an.

Bei der Wahl des richtigen Kommunikationsprotokolls kam Bihl+Wiedemann die große Kundennähe entgegen: In zahlreichen Gesprächen mit Anwendern kristallisierte sich schnell OPC UA als die derzeit beste Lösung. Bei Bihl+Wiedemann liegen bereits konkrete Anfragen nach AS-i-Geräten mit genau dieser Anbindung für Industrie-4.0-Applikationen vor. „Sollte sich in Zukunft noch ein weiterer Standard etablieren, werden wir darauf natürlich reagieren“, sagt Geschäftsführer Jochen Bihl. „Aber im Moment wünscht sich der Markt ganz klar OPC UA – und das erscheint uns sowohl aus technologischer wie aus strategischer Sicht absolut sinnvoll.“
Als universelle, standardisierte Cross-Plattform-Schnittstelle erfüllt OPC UA schon heute die Anforderungen, die sich in der intelligenten Fabrik von morgen stellen: Sie ermöglicht den Datendurchgriff über alle Ebenen, die Vernetzung von Komponenten unterschiedlicher Hersteller sowie die Analyse, Verarbeitung und Darstellung der Daten auf unterschiedlichen Devices wie Smartphones oder Tablets. Darüber hinaus gewährleistet sie die Anbindung an gängige Enterprise-Resource-Planning- und Cloud-Systeme wie SAP oder Microsoft Azure.

Welchen Mehrwert liefern die Daten?

Für den Anwender bietet das eine Reihe von Mehrwerten: Dank der standardisierten Datenübertragung an alle seine Maschinen- und Anlagenteile erspart er sich das aufwändige Zusammenstückeln oder Umwandeln von Daten. Das gilt sowohl für die horizontale Integration etwa bei der Vernetzung verschiedener Werke weltweit wie auch für die vertikale Integration von der Aktor- und Sensorebene über die Steuerungs- und Produktionsleitebene bis hinauf zur Manufacturing-and-Execution-Ebene und schließlich zur Unternehmensplanung.
Für die Nutzung der sozusagen mundgerecht gelieferten Daten von Aktuatoren und Sensoren gibt es in Zeiten von Industrie 4.0 nahezu viele Möglichkeiten. So kann die Überwachung über einen längeren Zeitraum dabei helfen, Schwachstellen oder Unregelmäßigkeiten in Prozessen und Produktionen zu finden. Durch die Auswertung auf einem lokalen Server oder in der Cloud lassen sich Parameter zur Werkzeugabnutzung erfassen und automatisch korrigieren – eventuell sogar im laufenden Prozess. Intelligente Algorithmen erlauben auf den höheren Ebenen auch Big-Data-Analysen: zum Beispiel im Hinblick auf die Relation zwischen Lebensdauer und Kosten von Werkzeugen verschiedener Hersteller, auf die Optimierung des Produktionstakts und des Ressourcenverbrauchs oder auf die frühzeitige Planung von Service-Einsätzen (Predictive Maintenance).

IT-Security im Blick

Die OPC-UA-Schnittstelle, die ab sofort sukzessive in alle Geräte von Bihl+Wiedemann integriert wird, unterstützt den Anwender außerdem bei der Umsetzung von Internet-of-Things-Strategien. Und: Das Mannheimer Unternehmen sorgt auch für eine effektive IT-Security: Ein sauberes Verschlüsselungskonzept (mit RSA oder AES) bietet beste Voraussetzungen für den Aufbau einer wirksamen Kryptografie-Infrastruktur in der jeweiligen Fabrik.
Zusätzliche Sicherheit bringt eine Besonderheit der Geräte, in denen die verschiedenen Netzwerkschnittstellen physisch getrennt sind: Diese Maßnahme erschwert nämlich nicht nur deutlich den Durchgriff von einem Netzwerk zum anderen, er erleichtert gleichzeitig die Segmentierung der einzelnen Systeme. Denn eines steht für das Entwicklungsteam bezüglich aller Innovationen rund um Industrie 4.0 von Beginn an ganz oben im Lastenheft: „Je komplexer die Fertigungsanlagen werden, desto klarer strukturiert müssen die Systeme sein.“

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Bihl + Wiedemann GmbH
Floßwörthstr. 41
68199 Mannheim
Telefon: +49 (0) 621/33996-0
Telefax: +49 (0) 621/339-2239

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