Industrie 4.0: Was OPC UA schon heute leistet

"Der Standard OPC UA hilft uns wirklich, unsere Produkte für Industrie 4.0 vorzubereiten“, sagt Michael Klos, Managing Director des Roboterherstellers Yaskawa Europe. Klos benötigt vor allem Geschwindigkeit für das Versenden von Daten. Heute gebe es sehr individuelle Lösungen für die Kommunikation; wenn man einen Standard hat, könne man auf eine bestimmte Syntax und Semantik vertrauen.

„In einer Welt, in der man sich schützt, ist die VDMA OPC Vision Initiative ein sehr schönes Projekt, in dem man sich verbindet: Kunden, Zulieferer und Konkurrenten“, meint Klos. So nehmen mehr als 16 Roboter-Firmen an der Arbeitsgruppe Robotik der Initiative teil.

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) bietet auf Basis eines offenen Standards Schnittstellen an, mit denen Hersteller Industrie 4.0 in definierten Schritten angehen können. Dabei handelt es sich um eine objektorientierte Technologie, die komplexe Systeme mit Modellen beschreibt. Maschinen bilden somit eine objektorientierte Architektur und einzelne Elemente wie ein Greifer ein digitales Objekt. Dieses Objekt hat beispielsweise die Methoden Greifen und Öffnen. Aus diesen Methoden lassen sich Steuerungsabläufe zusammensetzen und die Effizienz im Engineering lässt sich steigern.

Auf der Automatica stellte die VDMA OPC Vision Initiative einen Demonstrator vor, der die Anwendungen Steuerung und Zustandsüberwachung vereint. Über 20 Komponentenhersteller, Systemintegratoren und Software-Firmen errichteten eine vollautomatisierte Montagelinie, auf der Handkreisel montiert wurden. Sie integrierten Roboter, Bildverarbeitungssysteme, Greifer, Achsen sowie einen Rundtisch. Die Zustandsdaten der Linie ließen sich dabei in Echtzeit auf einem Dashboard nachverfolgen.

Sequenzen liefern gekapselte Informationen für OPC UA-Server

„Die Elemente fungieren in dieser Maschine als digitale OPC UA-Knoten“, erläutert Johannes Hoos vom Hersteller von Automatisierungskomponenten Festo. Jede Komponente bringe ihre eigenen Fähigkeiten mit und der digitale Knoten biete diese dem System über einen OPC UA-Server an.

Ein Unternehmen aus dem Maschinenbau könnte auf diese Weise ein Pick-&-Place-System errichten, wenn es diese Komponenten kauft. Es nutzt bestimmte Sequenzen zum Beispiel für das Einpressen oder Positionieren sowie einen OPC UA-Client. Mit jeder Sequenz generiert die Firma aus dem Maschinenbau dabei eine neue gekapselte Information für den OPC UA-Server.

„So kann man seine Maschine orchestrieren – schichtweise von der einzelnen Komponente aus, bis man eine gesamte Anwendung hat“, erklärt der Experte von Festo. „In der Handkreisel-Maschine tun wir das mit der gesamten Maschine.“ Dabei würden sie nicht Code in Zeilen programmieren, sondern sogenannte Skills zusammenfügen. Es würde mit einzelnen Komponenten gestartet, die gekauft werden, und darauf aufgebaut.

Auch Festo selbst entwickelt solche Demonstratoren, um die Technologie OPC UA zu testen. „Man muss die Technologie auf einer echten Maschine ausprobieren“, meint Ingenieur Hoos. Sie hätten die Erfahrung gemacht, dass sich eine komplette Maschine nach dem Stand der Technik nach diesem Standard abbilden lasse. Vor allem die Anwendung, dass Daten von Geräten bereitgestellt werden, sei erfolgreich. „Die Bildverarbeiter sind schon sehr weit“, berichtet Hoos. Sie böten auf ihren Kameras heute schon OPC UA-Server und stellten Daten über ihre Geräte nach oben hin bereit.

„Für das Steuern einer Maschine ist OPC UA noch nicht bereit“, stellt Hoos jedoch fest. Sie hätten noch kein Echtzeitverhalten bei OPC UA. Dies hätte bei den eigenen Anwendungen zu Instabilitäten in der Kommunikation geführt. „Da wird sich die Technologie noch weiter entwickeln müssen“, fordert Hoos gegenüber ‚Produktion‘, „zum Beispiel durch die Zusammenführung von OPC UA und Time Sensitive Networking oder die Nutzung der aktuellen Erweiterung OPC UA Publish-Subscribe.“ Das seien Technologien, die das klassische TCIP-Netzwerk, das die Basis für OPC UA ist, echtzeitfähig machen sollen.

Mehrere chinesische Organisationen und internationale Industrieanbieter kündigten kürzlich an, derartige Testumgebungen für eine smarte Produktion, bei denen Time Sensitive Networking (TSN) mit OPC UA verbunden sind, zu realisieren. In einem ersten TSN-Testbed ist Software-Defined Networking (SDN)-Technologie integriert, die den Datenverkehr priorisiert und sowohl Echtzeit- als auch Nicht-Echtzeitdaten über ein Netzwerk übermittelt.

Die TSN-Switches stellt dabei der chinesische Konzern Huawei zur Verfügung, der damit wirbt, dass diese für ein zuverlässiges industrielles Steuerungsnetzwerk mit niedriger Latenz sorgen würden.

„In Zukunft wird Huawei dazu beitragen, ein Industrial-Internet-Ökosystem aufzubauen, indem es die Zusammenarbeit mit zusätzlichen Organisationen und Anbietern verstärkt“, kündigt Luo Jijun, European Solution & Product Management und Marketing Director von Huawei, an. Diese Schritte seien Teil der laufenden Bemühungen von Huawei, die TSN-Technologie und -Standards kontinuierlich zu optimieren, netzwerkweite Konnektivität und Interoperabiltät durch das TSN-Netzwerk zu erreichen und die digitale Transformation der gesamten Branche voranzutreiben.

Nach Einschätzung von Fachleuten ist OPC UA eher etwas Europäisches. In den USA gibt zum Beispiel Message Queue Telemetry Transport (MQTT); die Standards konkurrieren miteinander. „Wir sind in einer Phase, wo sich die Systeme noch im Wettbewerb und somit in einer Reifezeit befinden“, so Hoos.