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Sensordaten des Barcodelesers BCL 348i von Leuze electronic werden über das OPC UA-Publish/Subscriber Communication Modell (PSCM) in den Azure IoT Hub von Microsoft übertragen. Vom Barcodeleser werden sowohl Prozess- als auch Metadaten wie Codeart oder die Anzahl Lesungen über das Advanced Message Queuing Protokoll (AMQP) der OPC UA-Schnittstelle an die Microsoft Azure Cloud übertragen. Bild: Leuze

Eine intelligente und standardisierte Datenschnittstelle ist die Voraussetzung für einen hohe Datentransparenz und damit Basis für Industrie 4.0. Die Schnittstelle alleine reicht aber nicht aus, um Industrie 4.0-Systeme realisieren zu können. Industrie 4.0-Komponenten müssen sich durch das RAMI-Modell 4.0 beschreiben lassen. Das bedeutet, dass ein Sensor (Field Device) über alle IT-Ebenen kommunizieren können muss, wenn er als Industrie 4.0-Komponente eingesetzt werden soll. Dies kann ein Sensor mit einer klassischen Feldbus-Schnittstelle nicht leisten, da diese Schnittstellen ausschließlich mit der Steuerung kommunizieren, aber keine Daten in die oberen IT-Ebenen abgeben.

Im Gegensatz zu den klassischen Feldbus-Schnittstellen, kann eine Schnittstelle, die um das OPC UA-Kommunikationsmodell erweitert ist, Daten in höhere IT-Ebenen des RAMI-Modells transportieren. OPC wurde entwickelt, mit dem Ziel, Prozessdaten von Aktoren und Sensoren unterschiedlicher Hersteller mit SCADA- und HMI-Systemen auszutauschen. OPC basiert dabei auf den Microsoft-Technologien OLE, COM und DCOM. Das UA in OPC UA steht für ‚Unified Architecture’ und stellt eine signifikante Weiterentwicklung von OPC dar. Im Gegensatz zu der ursprünglichen OPC-Technologie handelt es sich bei OPC UA um eine plattformübergreifende Implementierung, die damit nicht mehr an Windows-Plattformen gebunden ist. Sie kann unter anderem auch auf Embedded Systemen und damit in Sensoren implementiert werden.

Darüber hinaus läßt sich das OPC UA-Kommunikationsmodell neben den klassischen Protokollen wie zum Beispiel Profinet oder Ethercat über alle Ethernet basierenden Feldbus-Schnittstellen betreiben. OPC UA beinhaltet eine Security-Implementierung, die aus Authentifizierung, Autorisierung, Verschlüsselung und Datenintegrität mit Signaturen besteht. Damit erlaubt OPC UA im Gegensatz zu den überlicherweise im industriellen Umfeld eingesetzten Kommunikations-methoden eine sichere Kommunikation. Von der Feldebene der Automatisierungspyramide kann OPC UA über zwei unterschiedliche Mechanismen kommunizieren, entweder über eine Client/Server- Kommunikation oder über ein Publisher Verfahren. Bei der Client/Server-Kommunikation wird in der Datenquelle, zum Beispiel einem Sensor, ein OPC UA-Server integriert, der Daten an einen Datenabnehmer liefern kann.

Beim Publisher-Verfahren wird ein UPC UA Publisher in der Daten-Quelle integriert, welcher dann verschiedenen Datenabnehmern seine Daten zur Verfügung stellen kann. Gibt es im System mehr als eine Datenquelle (Sensor), kann der Datenabnehmer entscheiden, welche Daten er von welchem Publisher beziehen möchte. Somit muss der Abnehmer nicht immer die Daten aller Publisher empfangen. Über dieses Verfahren ist so eine Kommunikation von m-Datenquellen zu n-Daten-Abnehmern möglich. Zum Anderen kann sich eine Daten-Cloud interessante Daten direkt von der Datenquelle holen. Auch in der gegengesetzten Richtung - von der Cloud in den Sensor - wird in der Zukunft eine Kommunikation möglich sein. OPC UA kann somit, entsprechend der Forderung an eine Industrie 4.0- kompatible Kommunikation die Schichten der Automatisierungspyramide quasi ‚durchtunneln’ und Daten in die höheren Schichten des RAMI-Modells transportieren. Somit wird eine standardisierte Kommunikation von Sensoren und Aktoren unterschiedlicher Hersteller, direkt mit einem Cloud-basierten ERP-System möglich. Dank der sicheren Kommunikation ist sogar ein Austausch von Daten zwischen unterschiedlichen Systemen über öffentliche Kanäle denkbar. Da Industrie 4.0 und IIoT für den Austausch von Daten zwischen erfassenden und agierenden Einheiten über alle Systemgrenzen hinweg steht, ist OPC UA ein wichtiger Bestandteil von Industrie 4.0 und mit den oben genannten Eigenschaften aus einer der wichtigsten Kandidaten für einen zukünftigen Standard in der Maschine-to-Maschine- Kommunikation (M2M), so das Unternehmen.

Die Datenbereitstellung von Komponenten über die OPC UA-Kommunikation alleine ist aber nicht ausreichend für eine Industrie 4.0-Anwendung. Es werden zusätzliche Mechanismen zur Datenabnahme von der Cloud benötigt. Der Datentransfer vom Sensor in die Cloud wird als Telemetrie bezeichnet. Um die Telemetriedaten ohne zusätzliche Komponenten wie beispielsweise ein Industrie 4.0-Gateway zu realisieren, starteten Leuze electronic und Microsoft eine Zusammenarbeit, deren erste Ergebnisse beide Unternehmen jetzt präsentieren: Sensordaten des Barcodelesers BCL 348i von Leuze electronic werden über das OPC UA-Publish/Subscriber Communication Modell (PSCM) in den Azure IoT Hub von Microsoft übertragen. Vom Barcodeleser werden sowohl Prozess- als auch Metadaten wie Codeart oder die Anzahl Lesungen über das Advanced Message Queuing Protokoll (AMQP) der OPC UA-Schnittstelle an die Microsoft Azure Cloud übertragen. Diese Daten werden dort vom IOT-Hub erfasst, den Azure Cloud Services zur Anaylse und Visualisierung bereit gestellt.