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OPC Unified Architecture

M2M-Kommunikation leicht gemacht

Die sichere und zuverlässige Kommunikation zwischen Maschinen und Geräten ist für die Industrie 4.0 elementar. OPC UA setzt sich hier als Schnittstellen-Standard durch.

29.11.2018Text: bbv0 Kommentare
OPC UA
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Im Zuge der Digitalisierung werden immer mehr Maschinen miteinander vernetzt. Miteinander vernetzen bedeutet aber nicht nur, dass Daten über Maschinen und Roboter gesammelt und sicher gespeichert werden. Es bedeutet auch, dass Maschinen untereinander Daten austauschen. Doch in welcher Sprache?

Für die  globale, plattformunabhängige M2M-Kommunikation gewinnt OPC Unified Architecture (OPC UA) zunehmend an Bedeutung und entwickelt sich zum Standard. Die service-orientierte Architektur von OPC UA enthält ein Informationsmodell, das die Eigenschaften und Fähigkeiten einer Maschine oder Anlage beschreibt – oder auch andere Informationen wie Messwerte, Prozessvariablen, Alarme oder Maschinenzustände enthalten kann. Im Informationsmodell wird somit die Semantik, sprich die Bedeutung einzelner Daten, hinterlegt.

«OPC UA  ist umfassender  als andere Lösungen zur M2M-Kommunikation», erklärt Silvan Wegmann, Senior Software Engineer bei bbv. «So liefert zum Beispiel eine REST-API für einen Durchflussmesser lediglich die Information «Flow Measurement 5». Ob «5» nun der Zähleinheit des Messgeräts entspricht, oder ob es eine tatsächliche Mengenangabe (Liter, Fluid Ounces oder dergleichen) beschreibt, wird daraus nicht ersichtlich. «Dank OPC UA können solche Informationen abgefragt werden».

Doch die Maschinen kommunizieren nicht nur untereinander. Dank dem Protokoll lassen sich etwa auf SCADA oder MES-Ebene Zustandsdaten von Maschinen und Robotern sammeln und herstellerübergreifend standardisiert in die Cloud transportieren. Für den sicheren Datenaustausch sieht der OPC UA Standard X.509-Zertifikate sowie Kerberos bzw. Logins zur Authentifizierung von Applikationsinstanzen und Benutzern vor.

Wegbereiter für die Industrie 4.0

Die Einbindung von OPC UA beginnt bei den Geräteherstellern selbst. Sie müssen klären, ob für den jeweiligen Gerätetyp überhaupt ein standardisiertes Informationsmodell vorhanden ist. «Ansonsten ist es nicht wirklich sinnvoll, OPC UA überhaupt einzubauen», erklärt Wegmann. «Einige Informationsmodelle sind auf der Website der OPC Foundation verfügbar. Unter Umständen können aber auch die Kunden, welche die Maschinen in einem Netzwerk betreiben, hier weiterhelfen.» Anschliessend erfolgt das Einrichten der Server auf den Maschinen. Laut Wegmann ist die Implementierung von eigenen OPC UA-Servern komplex und nur in seltenen Fällen sinnvoll.. Stattdessen sollte besser auf vorhandene Software Development Kits oder Libraries zurückgegriffen werden – hierfür existieren kommerzielle Produkte und – etwa für Java oder C++ – auch Open-Source-Projekte.

Darüber hinaus bietet die OPC Foundation selbst mehrere Referenzimplementierungen an. Danach erfolgt die Anbindung der Server an die Applikation: Callbacks müssen implementiert oder Werte aktiv in den Server reingeschrieben werden. Ebenso muss geklärt werden, welches Sicherheitsmodell auf dem Server hinterlegt werden soll – und wie es zu funktionieren hat.

Zwar wurde OPC UA bereits 2008 eingeführt. Doch erst in den letzten Jahren wurde deutlich, dass praktisch kein Weg am Standard vorbeiführt: «Inzwischen wird in Initiativen wie «Industrie 4.0» oder «Made in China 2025» immer wieder darauf hingewiesen, dass das Kommunikationsprotokoll zentral für die Digitalisierung von Fabrikhallen ist», erklärt Wegmann. «Für Unternehmen kann der Einsatz des Standards ein kompetitiver Faktor sein».

Der Experte

Silvan Wegmann

Silvan Wegmann ist Senior Embedded Software Engineer bei bbv. Mit langjähriger Erfahrung in den Bereichen Medtech, Industrie und Telekommunikation ist er besonders an modernen Architekturen und vernetzten Maschinen interessiert. Wegmann ist Co-Organisator der GNU Embedded Linux Meetups in Zürich.

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