OPC UA ist eine offene Technologie und bereits heute in vielen Anwendungen im Einsatz. Fast alle Steuerungshersteller bieten OPC UA in ihren Produkten an. Möglich wurde diese weite Verbreitung, da die Kommunikationstechnologie oberhalb der Steuerungsebene keine Differenzierungsmöglichkeit mehr für die einzelnen Hersteller bietet. OPC UA wird gemeinsam unter dem Dach der Nutzerorganisation OPC Foundation von vielen Herstellern verbreitet und weiterentwickelt. Vorteil für den Maschinen- und Anlagenbetreiber ist: Sie begeben sich nicht mehr durch die Wahl einer bestimmten Kommunikationstechnologie in die Abhängigkeiten bestimmter Anbieter.

Wachsende Knotenzahl

Für die Hersteller tun sich auf der anderen Seite neue Optionen der Differenzierung auf: Während bisher durchschnittlich 30 bis 40 Knoten in einem Netzwerk vorhanden waren, werden es in Zukunft 1000 oder mehr Knoten sein.

Die gestiegene Anzahl von Knoten gilt es sauber zu verwalten und auszusteuern. In dieser Herausforderung liegt für die Automatisierungsanbieter die Möglichkeit, dem Kunden einen Mehrwert zu bieten. Software-Tools, die es ermöglichen, große Netzwerke inklusive aller Teilnehmer in kürzester Zeit in Betrieb zu nehmen, werden massiv an Bedeutung gewinnen; sprich Software-Tools, die auch von Technikern ohne tiefergehendes IT-Know-how bedienbar sein sollten.

Es ist aber nicht nur die Anzahl der Knoten, die steigt, sondern auch das Datenvolumen wird sich vervielfachen. Um bei dieser Datenflut weiterhin den Überblick zu behalten, reichen die bisher in der Industrie verwendeten Protokolle nicht mehr aus. An dieser Stelle bietet OPC UA einen klaren Mehrwert. Der große Pluspunkt von OPC UA gegenüber herkömmlichen Feldbus-Protokollen liegt in den Informationsmodellen. Klassische Bussysteme übertragen dimensionslose Daten, also einfache Zahlen ohne Einheiten oder sonstige Informationen. Auf der Steuerung läuft eine Applikation, die weiß, wie diese Daten zu interpretieren sind. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von einer semantischen Beschreibung der Daten.

So lange Maschinen unabhängig voneinander arbeiten, ist dieses Vorgehen absolut praktikabel. Doch sobald die Daten zu anderen Einheiten übertragen werden sollen – an andere Maschinen, SCADA-Systeme oder gar ERP-Systeme in der Cloud – geht dieses seman-tische Wissen verloren. Die Daten sind nur mehr dimensionslose Zahlen.

Weniger Fehler

Also wurden die semantischen Beschreibungen meist mit langen Tabellen oder sogar handschriftlich weitergegeben und in die anderen Systeme eingepflegt. Der Aufwand dafür ist immens und die Fehlerwahrscheinlichkeit sehr hoch. Mit OPC UA wird dieses Vorgehen überflüssig. Die Fehleranfälligkeit sinkt und flexible Maschinen- und Anlagenkonzepte lassen sich viel einfacher umsetzen.

Die OPC-UA-Informationsmodelle ermöglichen es, dass nicht nur einzelne Daten übertragen werden, sondern Informationen. Diese werden ohne weitere Erklärung von jedem Teilnehmer verstanden. Nehmen wir als Beispiel einen Sensor, der eine Temperatur von 5 °C misst. Herkömmliche Protokolle übertragen den Wert ‚5‘ als Datentyp Integer an die Steuerung. Die Information, dass es sich bei der übertragenen Zahl um einen Temperaturwert in °C handelt, der zudem bestimmte Grenzwerte hat, ist in der Applikation gespeichert, die auf der Steuerung läuft.

Der Ansatz von OPC UA geht in eine andere Richtung: Der Wert ‚5‘ wird inklusive der beschreibenden Daten zur Verfügung gestellt. In diesem Fall also mit der Information, dass es sich um einen Temperaturwert handelt, der in °C gemessen wurde und in welchen Grenzwerten sich der Wert bewegen soll.

Informationen auf Anfrage

Diese Informationen lassen sich nun von anderen Teilnehmern im OPC-UA-Netzwerk abfragen. Dies erhöht die Flexibilität in der Anwendung drastisch. Soll im ERP-System zum Beispiel ein neuer Report generiert werden, kann das ERP-System das Netzwerk nach Informationen durchsuchen – bei OPC UA wird dieser Vorgang als browsen bezeichnet. Die gefundenen Informationen lassen sich anschließend in einer Datenbank sammeln und in dem Report darstellen. Bisher war das nur möglich, wenn manuell eine Datenübertragung programmiert wurde und im ERP-System die semantischen Informationen zu jedem einzelnen Wert hinterlegt waren. Es handelt sich also um einen statischen Systemaufbau. Erfolgte in der Maschine eine Variablen-Änderung, musste auch im ERP-System neu programmiert werden.

OPC UA vereinfacht demnach die Kommunikation von der Steuerungsebene zu übergeordneten Systemen massiv. Es gilt allerdings noch eine Herausforderung zu lösen: Wenn übergeordnete Systeme aus dem IT-Bereich Anfragen in das Maschinennetzwerk schicken – in diesem Zusammenhang auch als OT bezeichnet – steigt die Netzwerklast. Wenn in einem IT-Netzwerk Verzögerungen im Millisekundenbereich entstehen, ist das im Normalfall unproblematisch. Bei hochpräzise getakteten Maschinenprozessen ist eine Genauigkeit im Submillisekundenbereich jedoch essenziell. Verzögerungen im Millisekundenbereich führen sofort zu Stillständen, Qualitätsminderungen oder im schlimmsten Fall sogar zu Gefahren für Mensch und Maschine.

Aus diesem Grund finden wir bisher in nahezu jeder Produktion eine klare Trennung zwischen IT- und OT-Netzwerk. In den IT-Netzwerken fehlen die zeitliche Exaktheit und der zyklische Datenverkehr – zwei Eigenschaften, die auf Maschinenebene zwingend notwendig sind.