Ist eine Konvergenz von OT und IT per OPC UA möglich?

Stefan Hoppe, Präsident der OPC Foundation erklärt im Interview mit der Redaktion, dass der Standard OPC UA als harmonisierte Lösung im Prozessumfeld und der Fabrik zum Dream-Team für die Konvergenz von OT und IT wird.

Herr Hoppe, ist eine Migration traditioneller Feldbus- und Echtzeit-Ethernet-Protokolle hin zu einer einheitlichen Kommunikationslösung überhaupt möglich?

Stefan Hoppe: Die Migration ist grundsätzlich möglich, aber natürlich erfolgt das nicht von heute auf morgen, sondern ist eher ein langsamer Prozess. Über viele Jahre bzw. Jahrzehnte hinweg werden herkömmliche Feldbus- und Echtzeit-Ethernet-Protokoll weiter existieren. Dennoch wird es eine Marktfokussierung geben und neben den etablierten EtherCAT, Ethernet-IP und ProfiNET langfristig eine durchgängige OPC UA Lösung am Markt wachsen können. Wichtig dabei ist, dass Anwender in die Lage versetzt werden, frei zu entscheiden anhand einer transparenten Kosten/Nutzen Rechnung – aber eben basiert auf Standards. Genau dafür werden Standards wir OPC UA, Ethernet TSN und das TSN-Profil aus der IEC/IEEE 60802 benötigt.

In Kombination mit dem Ethernet Advanced Physical Layer (APL), Single Pair Ethernet (SPE) und Ethernet Time-Sensitive Networking (TSN) kann OPC UA die Anforderungen der Feldebene abdecken. Wie wichtig war dieser Entwicklungsschritt und welche für neue Anwendungsgebiete eröffnete dies?

Eine durchgängige Vernetzung mit Ethernet bis in die Feldebene - sowohl in der diskreten Fertigung wie auch in der Prozessindustrie – schafft die Voraussetzung dafür, dass OPC UA als durchgängige industrielle Interoperabilitätslösung inklusive einheitlicher Informationsmodelle durchgängig vom Feld bis in die Cloud (und auch in umgekehrter Richtung) genutzt werden kann. Mit Ethernet TSN unterstützt Standard Ethernet zudem eine deterministische Datenübertragung, was die Voraussetzung für zahlreiche Automatisierungsanwendungen ist, wie beispielsweise schnelle horizontale Communication, Motion Control, Remote I/Os, oder auch Prozessdatenerfassung in Echtzeit.

Im ersten Schritt wurde die horizontale (und mit optional mit TSN auch deterministische) Anbindung von Geräten aus unterschiedlichen Ökosystemen ermöglicht. Was sind die Herausforderungen um eine vertikale Erweiterung bis in die Feldebene zu realisieren?

Die für den ersten Use Case Controller-to-Controller erarbeiteten Konzepte werden auch für die Erweiterung auf den Use Case Controller-to-Device genutzt. Allerdings werden Feldgeräte (Devices) üblicherweise durch die überlagerte Steuerung parametriert und in den operativen Betrieb gebracht. Deswegen sind Themen wie Bootstrapping und Parametrization elementare Funktionen für die vertikale Erweiterung. Die Vielfalt der unterschiedlichen Feldgeräte macht zudem die Erarbeitung gerätetyp-spezifischer Informationsmodell inklusive einer einheitlichen Semantik notwendig. Also beispielsweise ein Motion-Profil für Motion Devices und ein I/O-Profile für dezentrale E/A-Peripherie.

Für die vertikale Erweiterung bis in die Feldebene ist auch wichtig, dass Feldgeräte mit begrenzten Ressourcen Berücksichtigung finden.

Warum sind Advanced Physical Layer (APL) und das Time-Sensitive Networking (TSN) wichtige Technologien, um OPC UA in die Feldebene zu bringen?

APL ist eine wichtige Technologie, um Ethernet als physikalische Schicht von der Edge in die Feldebene in der Prozessindustrie zu etablieren. Dabei unterstützt APL die Besonderheiten in Anwendungen der Prozessindustrie, wie große Entfernungen und die Installation in explosionsgefährdeten Bereichen. TSN ist eine IT-Infrastruktur um Echtzeitkommunikation zu ermöglichen. IT und OT Protokolle können eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur nutzen, ohne dass deren Funktionalität eingeschränkt bzw. Charakteristik verändert wird.  Wichtig ist dabei, dass sich der Markt auf ein gemeinsames TSN-Profil (IEC/IEEE 60802) einigt, damit Konvergenz und Koexistenz tatsächlich protokollübergreifend möglich sind. Wir kooperieren daher eng mit anderen Organisationen wie PNO damit es nur „ein TSN“-Kabel wird. Diese Koexistenz ist nicht nur für die Konvergenz von IT und OT unabdingbar; sie ist auch ein wichtiger Aspekt bei der Migration bestehender „Brownfield“-Lösungen auf Basis herkömmlicher Feldbusprotokolle.

OPC UA – eine Lösung für alles. Was bestärkt Sie, dass dieses Ziel erreichbar ist? Und ist dafür nicht eine große Überzeugungsarbeit in der Industrie notwendig?  

OPC UA wird heute bereits von allen relevanten Marktführern aus der IT (u.a. Microsoft, SAP, Google, AWS) und OT (u.a. Mitsubishi, Rockwell Automation, Siemens – aber von 80% Weltumsatz der Top 50 OT-Firmen) unterstützt und ist die gesetzte neutrale Technologie mit sehr breiter Akzeptanz.

OPC UA ist ein Baukastensystem, das sich einfach an neue Bedürfnisse bzw. Anforderungen anpassen und erweitern kann. Da OPC UA protokollunabhängig ist, können sehr leicht auch weitere IT Infrastrukturen unterstützt werden, wie z.B. 5G, WiFi-6/7.

Zahlreiche Organisationen auf der ganzen Welt – an erster Stelle hier zu nennen der VDMA mit dem Ansatz der Weltsprache der Automatisierung- helfen mit, Informationsmodelle für die verschiedensten Anwendungsfälle auf Basis von OPC UA definieren, was die Akzeptanz auch auf Anwenderseite über die letzten Jahre signifikant erhöht hat. OPC UA ist quasi als Standard gesetzt, u.a. auch Industrie 4.0.

Zur SPS in Nürnberg wird erstmals eine Multi-Vendor Controller-to-Controller Interoperabilitätsdemo gezeigt?

3 Jahre nach dem Launch der FLC Initiative im November 2018 wird auf dieser SPS Messe erstmals eine Multi-Vendor Demo gezeigt. mit Fokus Controller-to-Controller Interoperabilität: Steuerungen und Netzwerkkomponenten von insgesamt über 20 Herstellern sind kombiniert, um einen herstellerübergreifenden Datenaustausch über OPC UA und OPC UA FX zu ermöglichen.

Die OPC Foundation stellt mit der FLC Initiative das Gravitätszentrum für OPC UA basierende Kommunikation für die Feldebene – mehr als 320 Experten von 65 Firmen arbeiten kooperativ zusammen. Keine andere Organisation erbringt diese Koordinationsleistung zwischen Mitbewerbern.

Was sind weitere Themen der OPC Foundation auf dieser Messe?

Definitiv ist der Themenbereich „OPC UA for Cloud” ein weiteres Highlight womit wir das Skalieren von OPC UA bis in die Cloud adressieren: OPC UA over MQTT wird erstmals live gezeigt - nicht basiert auf Prototypen sondern auf kommerziell verfügbaren Produkten: aus Controllern direkt in Cloud Lösungen und bi-direktional zurück - oder auch UA basierte Cloud Repositories, OPC UA Cloud Confederation und beeindruckende Anwendungen von equinor mit der OPC UA-Anbindung an Microsoft Azure oder Renault und der UA-Anbindung an GoogleCloud.

Für das Zusammenwachsen von Information Technology und Operational Technology gibt es keine Schablone. Gefragt sind individuelle Lösungen bei den Unternehmen. Wie sollte die Industrie nach Ihrer Meinung vorgehen?

Die Industrie sollte sich unbedingt an internationalen Standards orientieren. Hierzu zählt OPC UA als IEC-Standard und durchgängige Lösung mit einheitlichem Protokoll und einheitlichen Informationsmodellen, die weltweit breiteste Akzeptanz genießt. OPC UA bietet Anbietern aber auch eigene Lösungen zu integrieren und sich mit zusätzlichen Angeboten zu individualieren zu können – aber eben standardisiert.

Wie kann die Zukunft der IT/OT-Konvergenz aussehen?

OPC UA als durchgängiger und einheitlicher Standard, welcher harmonisiert in der diskreten Fertigung wie auch in der Prozessindustrie, der Energiewirtschaft usw. nicht nur für die vertikale Anbindung IT/OT eingesetzt wird, sondern sich auch in der Feldebene etabliert. Dazu eine einheitliche Semantik auf der Basis von OPC UA-Core oder Companion Spezifikationen von unseren Partner-Organisationen.