Die Freigabe der ersten OPC-UA-Spezifikationen mit der Kernfunktionalität erfolgte im Jahre 2008. Sie sind somit seit mehr als einer Dekade verfügbar. Die Nachhaltigkeit der Architektur zeigt sich dadurch, dass bisher keine inkompatiblen Änderungen oder gar eine ‚Version 2‘ notwendig sind, um neue Anforderungen abzudecken. Bis zur Version 1.03 aus dem Jahr 2015 wurden kleinere Features ergänzt oder komplettiert und darüber hinaus vor allem die Qualität der Spezifikation und der darauf aufbauenden Zertifizierungstests verbessert. Die erste große Erweiterung erfolgte durch die Ergänzung des Client/Server-Kommunikationsmodells mit einem Publish/Subscribe-Kommunikationsmodell (PubSub) und den zugehörigen Protokollen in der Version 1.04, die im Jahr 2018 ihren Freigabestatus erreichte.

Die großen Freigabe-Zyklen der OPC-UA-Spezifikationen betragen typischerweise drei Jahre. Durch die große Anzahl von auf OPC UA aufbauenden Companion-Spezifikationen werden aber immer mehr Features identifiziert, die allgemeingültig sind und somit in die OPC-UA-Spezifikation aufgenommen werden sollen. Um hier eine schnellere Verfügbarkeit sicherzustellen, ist die OPC-UA-Arbeitsgruppe dazu übergegangen, kleinere beziehungsweise abgeschlossene Features als Amendement zur freigegebenen Spezifikation zu veröffentlichen. 

OPC UA ist im Kern stabil, erlangt aber vermutlich nie den Status ‚fertig spezifiziert‘, da der Baukasten für industrielle Interoperabilität immer mit weiteren Lösungsbausteinen basierend auf realen Anforderungen eine Erweiterung erfährt.
 

Die Anforderung Determinismus

Als Erweiterung der OPC-UA-Version1.04 wurden bereits drei weitere Amendements freigegeben. Weitere sind in Arbeit.

© OPC Foundation

Die meisten Anforderungen an OPC UA lassen sich auf Ebene der Informationsmodelle lösen. Das heißt: Es ist keine Änderungen an den Kommunikationsmodellen oder den Protokollen notwendig. Die Anforderung einer echtzeitfähigen Kommunikation in OPC UA stellt hier eine Ausnahme dar. Als erster Aspekt kam bereits das OPC-UA-PubSub-Kommunikationsmodell hinzu. Es ist mit der Version 1.04 freigegeben.
Parallel erfolgte die Gründung einer Unterarbeitsgruppe der OPC-UA-Arbeitsgruppe, welche die Nutzung von Time Sensitive Networking (TSN) als Erweiterungen zu Standard Ethernet für OPC UA untersuchen soll. Im Augenblick erfolgt die Definition der notwendigen TSN-Para-meter für das PubSub-Modell. Diese sollen ebenfalls als Amendement zu OPC UA 1.04 veröffentlicht werden.

Der Focus lag hier zu Beginn auf der Controller-zu-Controller-Kommunikation, auch mit der Anforderung, einen Black-Channel für ein Safety-Protokoll bereitstellen zu können. Für eine solche Safety-Lösungen gibt es ebenfalls seit Anfang 2018 eine Arbeitsgruppe ‚PROFIsafe over OPC UA‘. Diese Gruppe soll im Jahr 2019 erste Ergebnisse liefern.
 

Die Field Level Communication

In den vergangenen zwei Jahren kam immer stärker die Anwendung von OPC UA für eine Kommunikation bis hin zu den Feldgeräten in die Diskussion. Zur Bündelung aller weltweiten Aktivitäten mit den erweiterten Anforderungen lud deshalb die OPC Foundation im November 2018 zur Gründung der Initiative ‚Field Level Communication‘ (FLC) ein. Die Vision der Initiative ist es, eine offene einheitliche, sichere und standardbasierte IIoT-Kommunikationslösung zwischen Sensoren, Aktoren, Controllern und einer Cloud anzustreben, welche alle Anforderungen der industriellen Automatisierung erfüllt. Explizit sind damit auch eine deterministische Kommunikation und funktionales Safety als optionale Eigenschaft adressiert. 

Die 23 initial unterstützenden Firmen des FLC-SC – die Gruppe ist offen für weitere Mitglieder.

© OPC Foundation

Nach dem öffentlichen Aufruf haben in nur vier Wochen 23 große, weltweit tätige Mitgliedsfirmen der OPC Foun­dation eine Unterstützung zugesagt. Sie wollen im FLC-SC (Steering Committee) nicht nur gemeinsam die Anforderungen und Roadmaps koordinieren, sondern auch zusätzlich zu den bisherigen Mitgliedsbeiträgen notwendige Budgets zur Finanzierung der FLC-Aktivitäten bereitstellen. Die Firmen in der Gruppe kommen aus allen Weltregionen und decken einen Großteil des Weltmarktes für Industrieautomation ab.

Nach der ersten öffentlichen Ankündigung auf der SPS IPC Drives 2018  hat die Gruppe bereits mit Hochdruck die Arbeiten aufgenommen: Das Kick-Off Meeting fand am 17. und 18. Dezember 2018 in Frankfurt statt; 40 Vertreter der 23 FLC-SC-Firmen waren anwesend, um die notwendigen Regularien zu schaffen und die technischen Arbeitsgruppen auf den Weg zu bringen. An den technischen Arbeitsgruppen können alle Mitgliedsfirmen der OPC Foundation (Ausnahme ‚nur‘ Logo-Mitglieder) als Teil der normalen Mitgliedschaft teilnehmen. Nach dem öffentlichen Aufruf meldeten sich bereits 160 Mitarbeiter für die neue FLC-Arbeitsgruppe. Zum Kick-Off der technischen Arbeitsgruppe in München vom 8. bis 10. Januar 2019 waren 90 Teilnehmer von 36 Firmen anwesend. 

In der FLC-Arbeitsgruppe sollen alle Anforderungen der Automatisierung an eine Kommunikation mit Feldgeräten gelöst werden – zur externen Kommunikation werden die Ziele und der Stand der Entwicklung zwischen der FLC-Marketing-Gruppe und der OPC Foundation abgestimmt. TSN ist dabei nur eine Variante als deterministischer Übertragungskanal neben dem herkömmlichen Ethernet und zukünftig auch 5G. Daher ist der Name der Initiative auch nicht ‚OPC UA over TSN‘, da dies nur einen Aspekt des umfassenden Ansatzes abdecken würde. Der übergreifende Standard ist ‚OPC UA‘ und dieser beinhaltet auch die Möglichkeit, TSN als Option zu nutzen, wenn eine deterministische Übertragung notwendig ist.

Zum Aspekt Safety bestand bereits eine Arbeitsgruppe; diese wird nun in die FLC-Arbeitsgruppe integriert. Neu hinzu kommt noch das Thema Motion. Wichtig hierbei: Das Aufgabenspektrum soll nicht bei der Definition von Antriebsprofilen enden. Einig ist sich die Gruppe, dass Doppelspezifikationen zu TSN unbedingt unterbleiben müssen. Die OPC Foundation hat daher mit IEC und IEEE Abkommen zur Kooperation geschlossen, um die Aktivitäten für IEEE 802.1 und IEC 60802 mit FLC zu koordinieren und in FLC nutzbar zu machen. In Zukunft darf es nur ein einziges TSN-Kabel geben, über das verschiedene Echtzeit-Dienste gleichzeitig abgewickelt werden können – eben auch OPC UA. Die Foundation ist dabei nicht mit dem Ziel gestartet, einen neuen Feldbus zu definieren, sondern bestehende Ansätze in OPC UA zu integrieren. Der wichtigste Aspekt ist, die Informationsmodelle durchgängig vom Sensor bis in die Cloud mit integrierter Security verfügbar zu haben. Und so wird letztlich wie immer der Markt entscheiden nach den Kriterien: Kosten, Durchgängigkeit, Performance, Handhabbarkeit der Komplexität, Diagnosemöglichkeiten und Verfügbarkeit.

Anstehende Herausforderung

OPC UA ist eine Art ‚Bewegung‘ geworden, welcher sich kaum eine Firma verweigern kann: Das gewaltige Investment ist alleine schon an den aktuell rund 50 industriellen Gruppen zu erahnen, welche an Companion-Spezifikationen arbeiten. Ziel ist ein Plug&Play von standardisierten Informationen, welche dann mit OPC-UA-Mechanismen ausgetauscht werden – eben optional auch deterministisch auf Feldebene, wenn auch nicht deterministisch hoch bis in die Public Cloud. Der Weg dahin ist noch sehr lang, aber äußerst spannend: Nur unter dem Dach der OPC Foundation als ‚United Nations der Automation‘ kann dieses Ziel mit gelingen. Der Wille und Spirit zur gemeinsamen Lösung war auf den bisherigen Treffen deutlich zu spüren. 

Die eigentliche Herausforderung der OPC Foundation liegt indes in der Harmonisierung der Informationsmodelle um eben keine ‚Konflikte der Informationsmodelle‘ entstehen zu lassen. Die OPC Foundation hat dies erkannt und auf die öffentliche Roadmap gesetzt: https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/opcua-roadmap/

Autoren: Matthias Damm ist CEO bei Ascolab und Stefan Hoppe ist President der OPC Foundation.