Mit OPC-UA zur smarten Fabrik
Daten sind das neue Öl. Es ist was dran – und doch hinkt der Vergleich. Der Wert eines Barrels Öl steigt und sinkt unregelmäßig. Prognosen sind schwierig. Daten dagegen werden immer wertvoller, zumindest in der Industrieautomatisierung. Dafür sorgen die digitale Transformation und Datenaustausch-Standards wie OPC-UA.
Cyber Physical Systems (CPS) sind wichtige Bausteine der Industrie 4.0. Daten sind der Kitt, der sie zusammenhält. Denn erst vernetzt werden CPS zur „smarten Fabrik“. Dazu müssen sie in der Lage sein, sich alle nötigen Rohdaten oder Informationen selbst zu beschaffen. Das funktioniert durch Standardisierung. OPC-Unified Architecture ist solch ein Standard, der den sicheren, zuverlässigen Austausch ermöglicht – zwischen Sensoren, embedded Geräten, SPS, PCs, Großrechnern bis hin zur Cloud. Die ausgetauschten Daten werden dabei nicht nur transportiert, sondern durch eine semantische Beschreibung auch maschinenlesbar.
„Weltsprache der Produktion“
Der VDMA sieht in OPC-UA die „gemeinsame Sprache für alle Maschinen“, eine „Weltsprache der Produktion“. Der Standard sorgt für Interoperabilität und das unabhängig von Hersteller, Betriebssystem oder Programmiersprache. Die Kommunikation übers Internet nutzt nicht länger die DCOM-Technologie von Microsoft (wie der Vorgänger OPC). Seine Entwickler haben OPC-UA neu konzipiert und dabei auf einer serviceorientierten Architektur (SOA) aufgebaut. Die Spezifikationen dafür entstanden in Zusammenarbeit von Anwendern, Herstellern und diversen Konsortien. Inzwischen ist OPC-UA ein IEC-Standard, der koordiniert durch die OPC Foundation weiterentwickelt wird.
Die Vorteile lassen sich schon anhand von Sensordaten illustrieren. Sensoren, die in kritischen Anlagen wichtige Überwachungsdaten liefern müssen, nutzten bislang häufig proprietäre Datenaustauschprotokolle. Die Integration in bestehende Anlagen war häufig aufwendig, insbesondere, wenn auch die Pufferung oder Analyse der Daten gewünscht war. Ein OPC-UA-fähiger Sensor kann dagegen ohne Aufwand eingebunden werden. Systeme zur Anlagensteuerung, Trendüberwachung oder für das Reporting, die ebenfalls OPC-UA „sprechen“, können direkt auf die Sensordaten zugreifen. Die integrierte Sicherheit ist ein Zusatzargument, das gerade in Industrien wie Chemie oder Pharma greift.
In der Biotech- und Pharmaindustrie ermöglicht der modulare Anlagenbau eine kurze Time to Market. MTP-fähige Komponenten und die Datenkommunikation über OPC-UA vereinfachen die Integration und Automatisierung von Modulen unterschiedlicher Hersteller.Strukturierte Sensor- und Maschinendaten bis in die Cloud
Aber auch die Kommunikation M2M, also Machine-to-Machine funktioniert mit OPC UA. So konnten beispielsweise 300 kleine wassertechnische Anlagen mit autark agierenden embedded Steuerungen vernetzt werden. Es entstand eine dezentrale Intelligenz, bei der beispielsweise eine Pumpe Informationen an ihren Nachbarn übermittelt oder den Status abfragt. Der Anwender, der Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland, beziffert die Einsparungen durch die OPC-UA-Client/Server-Lösung anstelle einer proprietären Lösung auf mehr als 90 Prozent je Gerät.
Es gibt zahlreiche weitere Anwendungen, beispielsweise den Zugriff auf die Daten eines OPC-UA-Servers einer Anlage von Mobilgeräten aus, etwa im Rahmen der Instandhaltung. OPC-UA vereinfacht auch das Smart Metering, bei dem Verbrauchsinformationen zwischen Kunde und Versorger ausgetauscht werden. Auch erste Elektrolyseur- und Brennstoffzellen-Hersteller setzen auf OPC-UA. Bei zahlreichen verfahrenstechnischen Maschinenbauern, die die Pharma-, Chemie- und Lebensmittelindustrie ausstatten, hat sich der offene, Ethernet-basierte Standard für die Maschinenkommunikation ohnehin bereits etabliert. Hier ist MTP (Modul Type Package) der nächste Schritt, ein weiterer Standard, der Prozessmodule funktional beschreibt. Er leistet einen zusätzlichen Beitrag zur Verkürzung von Markteinführungszeiten und macht modulare Anlagen flexibler.
Ausblick: MTP und Manufacturing-X
Die neuste Entwicklung, von der der Datenaustausch in der Industrie 4.0 profitieren wird, ist Manufacturing-X. Mit dem Forum Manufacturing-X hat der VDMA zum 1. April 2024 sein seit zehn Jahren bestehendes Forum Industrie 4.0 abgelöst. Entstehen soll ein Daten-Ökosystem, in dem Daten vertrauensvoll zwischen Unternehmen ausgetauscht werden können. Gleichzeitig soll es den Firmen digitale Souveränität bieten. Dies verspricht eine noch bessere Nutzung von IoT, KI und maschinellem Lernen, neue digitale Geschäftsmodelle und eine höhere Wettbewerbsfähigkeit.
