Der OPC-Server bietet alle Vorteile von OPC UA und vereint als einzelner OPC-Server zahlreiche Protokolle zum sicheren Datenaustausch in Echtzeit zwischen mehreren Plattformen.

Der OPC-Server bietet alle Vorteile von OPC UA und vereint als einzelner OPC-Server zahlreiche Protokolle zum sicheren Datenaustausch in Echtzeit zwischen mehreren Plattformen.Matrikon

OPC steht für Open Connectivity und ist das weltweit am stärksten verbreitete standardisierte Datenaustausch-Verfahren der Automatisierungstechnik. Mit diesem Standard lassen sich, unabhängig von den verschiedenen Treibern, Daten aus den unterschiedlichen unternehmensweit verwendeten Geräten, Steuerungssystemen und Anwendungen gewinnen und transportieren. OPC ist bei der Umsetzung anbieterunabhängiger Verbindungen deshalb so erfolgreich, weil der Standard die Datenquelle, zum Beispiel eine SPS, vom Datenempfänger, wie einer HMI, abstrahiert. Beide kommunizieren also über den OPC-Standard als Vermittler oder Übersetzer zwischen ihnen und nicht direkt mit einander. So lassen sich die Informationen austauschen, ohne genaue Kenntnis der internen Datenorganisation und des Verbindungsprotokolls des Gegenübers. Der OPC-Standard beruht auf mehreren Spezifikationen, darunter OPC Klassik und OPC Unified Architecture (UA).

Technik im Detail

Universal Connectivity Server

Anwender erhalten mit dem Universal Connectivity Server (UCS) über nur einen OPC-Server universelle und sichere Konnektivität mit allen gängigen Steuersystemen und -anwendungen unabhängig vom Hersteller. Der Server enthält drei Ebenen: die klassische Protokoll-Schnittstelle (API), die sogenannte Commengine mit den Funktionen für Aliases, Simulation, Kalkulation und Telemetrie, und das übergreifende OPC-Framework. Er unterstützt alle gängigen OPC-Standards (OPC Klassik, OPC .NET und OPC UA) sowie viele Kommunikationsprotokolle wie Modbus, Siemens PLC, Allen Bradley und GE Fanuc PLC. Aufgrund seiner verbesserten Rechenumgebung berechnet er Daten schneller. Außerdem lassen sich Anwendungen mit Konfigurationsoptionen redundant ausführen. Für das Thema Security verfügt der Server über eine hierarchische und strukturelle OPC-Sicherheitskonfiguration und Rechtevergabe. Die Integration von Protokollen neuer Geräte ist über Plug-in-Technologie einfach möglich. Zusätzlich lassen sich Daten an das Scada-System und in die SQL-Server-Datenbank übertragen.

Der klassische OPC-Standard und seine Grenzen

OPC Klassik hat sich als Grundlage für die Konnektivität zwischen Anlage und Geräten in der industriellen Automatisierung bewährt. Zu den gängigsten Varianten des klassischen OPC-Standards zählen OPC Data Access (OPC DA) zur Übertragung von Echtzeitwerten, OPC Historical Data Access (OPC HDA) zur Übermittlung von Verlaufsdaten beziehungsweise historischen Daten sowie OPC Alarms & Events (OPC A&E) zur Übertragung von Alarmen und Ereignissen. Diese OPC-Spezifikationen basieren auf Microsofts binären Kommunikationsprotokollen Component Object Model (COM) und Distributed Component Object Model (DCOM). Alle Steuerungssysteme, Maschinenschnittstellen oder Automationsanwendungen, die auf einer Windows-Plattform aufsetzen, können durch die enge Verbindung mit der objektorientierten COM- und DCOM-Technologie in OPC Klassik problemlos Daten austauschen. Allerdings geht diese enge Verbindung zu Lasten der Flexibilität und Erweiterbarkeit der Schnittstellen. Ein weiterer Nachteil von OPC Klassik ist, dass für jede Art der Datenübertragung eine eigene Lösung eingesetzt werden muss, um zwischen Endgerät und Applikation kommunizieren können. Anwendern ist damit keine wirkliche Interoperabilität gegeben, was die Konfiguration aufwendiger und interne Kommunikationsstrukturen unübersichtlicher macht.

OPC UA vereinheitlicht die Kommunikation

Gelöst werden diese Probleme durch OPC UA, der neuesten Spezifikation der OPC Foundation, die eine Erweiterung des klassischen OPC-Industriestandards darstellt. Die Lösung ergänzt OPC Klassik um Aspekte wie Plattformunabhängigkeit, Sicherheit, Skalierbarkeit, Hochverfügbarkeit sowie Internetfähigkeit. Dabei vereinheitlicht OPC UA die klassischen OPC-Varianten, sodass Anwender nur noch eine Lösung benötigen.

OPC UA ist so ausgelegt, dass sich klassische OPC-Installationen erweitern lassen und ist zugleich flexibel genug, um auch komplexe Systeme vollständig zu beschreiben. Ein Beispiel zeigt dies: Um den aktuellen Wert eines Temperatursensors, den historischen Mittelwert der Temperatur und das Ereignis einer Temperaturüberschreitung zu erfassen, mussten OPC-Anwender bisher drei verschiedene OPC-Server, nämlich DA, A&E und HDA, mit jeweils unterschiedlicher Semantik verwenden. Mit OPC UA lassen sich diese Aufgaben mit nur einer Komponente erfüllen.

Darüber hinaus verfügt die OPC-UA-Spezifikation über eine serviceorientierte Architektur (SOA), welche die Microsoft-Technologie DCOM durch offene, plattformunabhängige Protokolle mit integrierten Sicherheitsmechanismen ersetzt. OPC UA stellt eine Verbindung zwischen der Unternehmensleitebene mit Unix-Systemen und eingebetteten Automatisierungskomponenten mit unterschiedlichen Windows- oder anderen Betriebssystemen her.

Das Sicherheitskonzept von OPC UA basiert auf Internetstandards und umfasst Benutzerauthentifizierung, Signierung von Nachrichten und Verschlüsselung von Nutzerdaten. Mit 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 Instrumentarium, um Datenverluste zu verhindern und hochverfügbare Systeme sicherzustellen.

Migration von OPC Klassik zu OPC UA

Eine Ablösung von OPC Klassik durch OPC UA zeichnet sich allmählich ab. Umso wichtiger sind Lösungen, die sowohl OPC Klassik als auch OPC UA unterstützen. MatrikonOPC verfolgt daher mit seinem Universal Connectivity Server (UCS) den Ansatz der universellen Konnektivität und bietet ein einziges Framework für alle benötigten OPC-Server. Zudem lässt sich mit dem UCS ein sanfter Übergang zu OPC UA umsetzen, sodass Anwender bisherige Spezifikationen noch auf absehbare Zeit weiter verwenden, sich jedoch gleichzeitig schrittweise auf neue zukunftssichere Standards umstellen können.