close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Einladung (PDF)

EinbettenHerunterladen
Die Rolle von OPC Unified Architecture
in der Industrie 4.0
Vorwort
Kaum ein Ausdruck findet aktuell so breite Verwendung wie das
Schlagwort „Industrie 4.0“. Die begriffliche Anlehnung an die
industriellen Revolutionen der Vergangenheit lässt erkennen, welche
große Bedeutung der Fabrik der Zukunft mit ihren vernetzten
Bauteilen und Anlagen beigemessen wird.
Dieses Whitepaper befasst sich mit den Inhalten hinter dem
Begriff Industrie 4.0, erklärt die Funktionsweise von OPC Unified
Architecture (OPC UA) und beleuchtet, wie beides in Verbindung
steht. Hierbei erfahren Anwender auch, welche Herausforderungen
mit OPC gemeistert werden können, um die zukunftsweisende – aber
auch komplexe – Technologie, welche die Industrie 4.0 ausmacht,
erfolgreich zu nutzen.
Bedeutung Industrie 4.0
Das Thema Industrie 4.0 scheint konstant in aller Munde zu sein. Egal ob
Hersteller, Anwender oder Fachpresse, der Begriff und die damit verbundene
Zukunft wirken in der Automatisierungsindustrie geradezu elektrisierend.
Der Begriff „Industrie 4.0“ wurde gebildet, um mit einem möglichst kurzen
und symbolischen Stichwort die intelligenten Fabriken und Maschinen sowie
vernetzten Prozesse betiteln zu können. Die Bezeichnung sieht sich in der
Tradition des Begriffs der industriellen Revolution und soll die vierte Stufe von
dieser zum Ausdruck bringen. Die erste industrielle Revolution bestand in der
Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft, die zweite industrielle Revolution
umfasste die Massenfertigung mithilfe von elektrischer Energie. Als dritte Stufe
kann die digitale Revolution angesehen werden, die den Einsatz von Elektronik
und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion beinhaltet. Der Wandel
hin zu einer nun prognostizierten Industrie 4.0 wird eine der wesentlichen
Entwicklungen in den nächsten Jahren und Jahrzehnten darstellen.
Durch das Internet getrieben, wachsen reale und virtuelle Welt immer weiter zu
einem „Internet der Dinge“ zusammen. Die daraus resultierenden Kennzeichen
der zukünftigen Form der Industrieproduktion sind die starke Individualisierung
der Produkte unter der Besonderheit einer hoch flexibilisierten Produktion, die
weitgehende Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäftsund Wertschöpfungsprozesse und die Verkopplung von Produktion und
Dienstleitungen.
In der Fabrik der Zukunft steuern alle Komponenten den Produktionsprozess
eigenständig. Möglich wird das durch ihre Vernetzung untereinander. Egal
ob Menschen, Maschinen, Anlagen oder Systeme: alles steht miteinander in
Verbindung, sammelt Informationen und teilt diese. So können zukünftig Bauteile
selbstständig Maschinen mit ausreichend Kapazität ansteuern und Maschinen
rechtzeitig kommunizieren, wenn sie gewartet werden müssen.
Um die Aussicht auf eine Industrie 4.0, oder auch „integrierte Industrie“
erfolgsversprechend realisieren zu können, sind einige Anstrengungen
notwendig, da die Herausforderungen sehr vielfältig sind. Entsprechend stehen
Wirtschaft und Industrie erst an der der Schwelle zur neuesten industriellen
Revolution, doch bereits jetzt werden die wesentlichen Weichen für die Zukunft
gestellt. Elementare Komponente dabei ist OPC UA – ein Standard, der
Interoperabilität auf allen Ebenen erlaubt: von Gerät zu Gerät oder von Gerät
zur Unternehmensebene und darüber hinaus.
OPC UA
OPC steht für Open Connectivity und ist das weltweit am stärksten verbreitete
standardisierte Datenaustauschverfahren der Automatisierungstechnik. Der
Standard sammelt und transportiert Daten in ihrer ursprünglichen Form von
unterschiedlichen Geräten, Steuerungssystemen sowie Anwendungen und
wandelt diese in ein einheitliches Format um.
Aufgrund seines einfachen Ansatzes bei der Strukturierung und Abstrahierung
von Prozessdaten ist OPC der führende Standard zur Kommunikation in der
Industrie. Ein einfaches Design ermöglicht es, so gut wie alle Industriedaten
mittels der OPC-Datenstruktur abzubilden. Dank dieser Eignung und Einfachheit
bieten alle namhaften Anbieter OPC-Clients und OPC-Server für ihre Produkte an.
Der OPC-Standard beruht auf mehreren Spezifikationen wie OPC Klassik und
eben OPC UA, das die aktuelle Technologiegeneration bildet. OPC UA erweitert
die Einfachheit von OPC Klassik und bietet operative Verbesserungen wie
Plattformunabhängigkeit, Sicherheit und Datenstrukturen. Daneben adressiert
die Lösung auch allgemeinere Herausforderungen in Zusammenhang mit DCOM.
Bedingt durch Microsofts DCOM-Technologie konnte es bei OPC Klassik in
einigen Fällen Schwierigkeiten bei der Konnektivität von OPC-Clients und OPCServern geben. Um diese Herausforderungen zu lösen, setzt OPC UA auf eine
serviceorientierte Architektur (SOA) mit plattformunabhängigen Protokollen
und eingebauten Sicherheitsmechanismen. Im Ergebnis können OPC-UAAnwendungen für jede Umgebung einfach geschrieben werden. Diese schlichte
Änderung hat OPC von einer Lösung, die auf Standard-Computern läuft, hin zu
einem voll skalierbaren System gewandelt, das von der Micro-Controller-Ebene
bis zu Server-Farmen für den Unternehmenseinsatz reicht.
Das Sicherheitskonzept von OPC UA basiert auf Internetstandards und umfasst
Möglichkeiten der Benutzerauthentifizierung, Signierung von Nachrichten
und Verschlüsselung von Nutzerdaten. Unter Verwendung von OPC UA ist der
Datenzugriff auch über Internet und Firewall möglich, da OPC UA ein eigens
entwickeltes TCP-basiertes Binärprotokoll für den Datenaustausch enthält.
Zusätzlich lässt sich jede Nachricht über einen HTTP/HTTPS- oder jeden anderen
Port weitergeben. Darüber hinaus verfügt OPC UA mit konfigurierbaren Timeouts,
automatischer Fehlererkennung und Recovery-Mechanismen über ein umfassendes
Instrumentarium, um Datenverluste zu verhindern und hochverfügbare Systeme
sicherzustellen.
Als OPC-UA-Lösung bietet MatrikonOPC seinen Universal Connectivity Server
(UCS), der als ein einzelner OPC-Server die Konnektivität zu mehreren Geräten,
Protokollen und APIs herstellt. Mit diesem OPC-Server erhalten Unternehmen über
einen einzigen Server sichere Konnektivität mit allen gängigen Steuersystemen
und -anwendungen.
OPC UA Embedded
Die Einsatzmöglichkeiten von OPC UA erstrecken sich dabei nicht nur auf die PCEbene: Dank der Flexibilität des Standards können OPC-UA-Anwendungen auch
für nicht-Windows-basierte Plattformen wie Linux oder für Embedded-Systeme
entwickelt werden, die in RTOS-Umgebungen (Real Time Operating System)
oder gar in „Bare-Metal“-Umgebungen laufen, die über gar kein Betriebssystem
verfügen.
Das ist wichtig, da eine Vielzahl an Sensoren und Low-Level-Geräten Daten
erzeugt, deren Auswertung für ein Unternehmen elementar ist. Bei den heutigen
Automatisierungssystemen müssen Anwender das Verhalten von Prozessen
und Installationen in Echtzeit anzeigen können, um diese besser verstehen und
deren Rentabilität maximieren zu können. Geräte sind über andere Geräte und
Anwendungen mit dem Nutzer verbunden, die alle so konfiguriert sein müssen,
dass sie Daten weiterleiten. Diese Konfiguration ist so komplex, dass viele
Installationen nur einen geringen Teil der verfügbaren Daten an den Anwender
weitergeben.
Wird ein OPC-Server direkt in das Gerät eingebettet, lässt sich eine optimale
Lösung für nahezu jede Anwendung erstellen – das auch übergreifend, wodurch
Industriegeräte im Unternehmen alle miteinander verbunden werden können.
Das bietet Anwendern klare Vorteile hinsichtlich Effizienz, Kosten und Bedienung
ihrer Anlagen. Bereits heute verbindet OPC UA die Enterprise-Ebene bis hinunter
in die eingebetteten Systeme der Automatisierungskomponenten.
Mit OPC UA und dem OPC UA Embedded Server Software Development Kit (SDK)
von MatrikonOPC ist die Erstellung intelligent vernetzter Geräte möglich. Das SDK
ermöglicht die Integration eines vollständig konformen Hochleistungs-OPC-UAServers direkt in das Gerät. MatrikonOPC ist der einzige Anbieter eines OPC UA
Embedded Server SDK, das über jede Geräteklasse hinweg skalierbar ist.
Rolle von OPC UA in der Industrie 4.0
Doch kann OPC UA für die Industrie 4.0 eine Rolle spielen? Auf den Punkt
gebracht: ja. Als weitverbreitete Lösung für Datenkonnektivität bietet OPC
UA eine Methode für den sicheren und verlässlichen Datenaustausch. OPC UA
wurde für unabhängige und dauerhafte Plattformen entwickelt, womit es die
Anforderungen der Industrie 4.0 klar erfüllt. Zudem ist OPC UA in der Lage,
zuvor „nicht erkannten“ Dingen in einer Fabrik die Fähigkeit zu geben, Daten
und Informationen auszutauschen. Damit können auch bisher „unsichtbare“
Komponenten in den ständigen Datenaustausch der Fabrik der Zukunft integriert
werden, womit OPC UA eine wichtige Rolle im Internet der Dinge zukommt.
Die eingebettete OPC-UA-Technologie sorgt auf Sensor-, Controller- und
Geräteebene für offene Konnektivität und bringt Firmen bis hinauf zur
Unternehmensleitebene klare Vorteile. Dank der bereitgestellten Informationen
profitieren Endnutzer von einer schnelleren Entscheidungsfindung; die integrierte
Unternehmensarchitektur wird Wirklichkeit. Diese integrierte Industrie ist letztlich
das Kernstück der Industrie 4.0.
Industrie 4.0 hängt vorrangig davon ab, Daten zwischen allen Systemen innerhalb
eines Unternehmens verfügbar zu machen – und genau das ist es, was OPC UA
ermöglicht. Bereits OPC Klassik hat eine offene Datenkonnektivität hergestellt,
welche die Barrieren zwischen Leit- und Steuerungssystemen untereinander
sowie Leit- und Steuerungssystemen und dem restlichen Unternehmen
überwinden konnte – OPC UA treibt dieses Konzept mit seiner Plattform- und
Betriebssystemunabhängigkeit sowie der Fähigkeit zur Datenmodellierung weiter
voran. Dadurch ist OPC UA zum einen in der Lage, Daten von praktisch jeder
Quelle nativ darzustellen. Gleichzeitig erhält die Lösung den Datenkontext und
präsentiert die Informationen in einem für Anwender bestmöglichen Format.
Damit ist eine effektive Abstrahierung auf Gerätebene möglich, indem die
Datenstrukturen der physikalischen Schicht (Physical Layer) wirklichkeitsgetreu
und stetig durch OPC-UA-Datenmodelle wiedergegeben werden.
Ein weiteres Beispiel ist die integrierte, leistungsstarke Modellierung, welche es OPC
UA ermöglicht, Daten von verschiedenen, nicht kompatiblen und offenen Standards
aus unterschiedlichen Bereichen zu transferieren. Die Sammlung und Nutzung
von Informationen auch kleinster Objekte auf der untersten Unternehmensebene
hilft Anwendern, einen Gesamtüberblick über das Unternehmen zu erhalten.
Fazit
Die Steuerung von Material-, Güter- und Informationsflüssen, eine schnellere
Entscheidungsfindung, aber auch die vereinfachte Erstellung von Berichten sind
Vorteile, die Firmen von der Entwicklung hin zur Industrie 4.0 erwarten können.
Intelligente Materialien teilen Maschinen mit, wie sie verarbeitet werden müssen,
Wartung und Instandhaltung werden durch die Komponenten der intelligenten
Fabrikanlage selbst initiiert und starre Produktionslinien in modulare, effiziente
Systeme transformiert. Letztlich kann so der gesamte Lebenszyklus eines Produkts
voll dokumentiert werden.
Der Begriff Industrie 4.0 ist mehr als ein Schlagwort. Es ist die Umschreibung
einer schrittweise voranschreitenden und umfassenden Transformation, die große
Änderungen mit sich bringen wird –und das auf jeder Unternehmensebene. Einen
wesentlichen Grundstein hierfür kann OPC UA bilden, das den Datenaustausch
über alle Unternehmensebenen hinweg ermöglicht und damit eine entscheidende
Voraussetzung für die Industrie 4.0 bildet.
Weitere Informationen zu den im Whitepaper
beschriebenen Lösungen:
MatrikonOPC Universal Connectivity Server
Der MatrikonOPC Universal Connectivity Server (UCS) ist ein einzelner OPCServer der Konnektivität zu mehreren Geräten, Protokollen und APIs herstellt.
Mit diesem OPC-Server erhalten Unternehmen jetzt über einen einzigen Server
sichere Konnektivität mit allen gängigen Steuersystemen und -anwendungen.
http://matrikonopc.de/drivers/universal-connectivity-server/index.aspx
OOPC
www.MatrikonOPC.de
Software
HMI
MI
Archiver
ver
Spreadsheet
Reports
Classic OPC
Web
Application
HMI
UA
Trending
ERP
.NET
Security Layer
OPC
Universal Connectivity
Server
Calc Engine
Redundancy Engine
Model Engine
Simulation Engine
Event Engine
Hardware
Plug-Ins
RTU
Analyzer
DCS
PLC
HVAC System
MatrikonOPC Universal Connectivity Server
IED
Hub/Switch
MatrikonOPC Universal Connectivity Server (UCS) is a single OPC Server that enables the
multiple communications protocols to communicate with data sources in a real-time and
secure manner across multiple platforms
MatrikonOPC UA Embedded Server Software Development
Kit
Das MatrikonOPC OPC UA Embedded Server SDK ist ein Software Development
Kit, mit dem Sie Ihren eingebetteten Produkten ganz problemlos einen OPC UAServer hinzufügen können. Unser skalierbares, standardbasiertes SDK kann in
jede Produktkategorie integriert werden, von diskreten Sensoren und Aktoren bis
hin zu programmierbaren Controllern und darüber hinaus. Erhöhen Sie den Wert
Ihres Produkts, indem Sie die direkte Konfiguration, Verwaltung und Überwachung
per Mausklick von jedem OPC UA Client aus ermöglichen.
http://www.matrikonopc.de/opc-ua/embedded/sdk.aspx
Copyright © Matrikon International 2014
Tel.: +49 (221) 969 77 0
Fax: +49 (221) 969 77 22
Americas
Email: europe@MatrikonOPC.com
Web: www.MatrikonOPC.de
Asia-Pacific
Europe
Middle East
Africa
05/2014
Document
Kategorie
Internet
Seitenansichten
20
Dateigröße
982 KB
Tags
1/--Seiten
melden