OPC UA für AutoID-Geräte ist auf Kurs

Der AIM Arbeitskreis Systemintegration entschloss sich, motiviert von Siemens und Harting, im Jahr 2014 für die Definition eines neuen, zukunftsträchtigen technologie- und herstellerunabhängigen Kommunikationsstandard für die AutoID-Branche. Bislang galt, dass viele Geräte über proprietäre Schnittstellen kommunizierten. Zudem galten für unterschiedliche Technologien oft unterschiedliche Kommunikationsstandards. Sprich, Barcode oder UHF RFID hatte einen Einfluss auch bei der Programmierung der Kommunikationsschnittstelle der anzubindenden Software. Diese Gegebenheiten waren historisch gewachsen.

Welche AutoID-Technologie für welchen Zweck eingesetzt wird, soll ebenfalls der Anwendungsfall entscheiden und nicht die Kommunikationsschnistelle vom AutoID-Gerät. Harting

Basistechnologie für Industrie 4.0

Behälter, Leiterplatten, Automobilkarossen, Krankenhausbetten und vieles mehr sind dank AutoID-Technologie heute automatisch zu identifizieren. Dies geschieht in der Regel komplett passiv ohne Wartungsarbeiten am Objekt. Ein wichtiger Baustein, um die Automatisierungstechnik generell voranzutreiben! Mit UHF RFID (auch RAIN RFID genannt) erhält das Objekt selbst noch ein Gedächtnis. Informationen wie das Fertigungsdatum und die Firmware Version einer Leiterplatte können direkt, in diesem Beispiel an der Leiterplatte abgespeichert werden – ohne Stromzufuhr, drahtlos abrufbar oder aktualisierungsfähig.

Die AutoID-Technologie ist heute ein selbstverständliches Werkzeug um eine Gesamtlösung, beispielsweise ein automatisch arbeitendes Lagerlogistikzentrum, zu realisieren. Kommunikationsbarrieren sind unerwünscht. Welche AutoID-Technologie für welchen Zweck eingesetzt wird, soll ebenfalls der Anwendungsfall entscheiden und nicht die Kommunikationsschnittelle vom AutoID-Gerät. Zudem werden klassische Kommunikationsstrukturen – Stichwort Automatisierungspyramide – aufgebrochen. Ein RFID-Reader kommuniziert heute direkt mit einem ERP System wie auch mit einer SPS an der Produktionsstraße.

Motiviert von diesen Ideen und Anforderungen entschloss sich der AIM Arbeitskreis, eine Kommunikationsschnittstelle auf Basis von OPC UA zu definieren. OPC UA ist einer der Standards für die Realisierung von modernen Kommunikationsarchitekturen und wird auch in den RAMI Spezifikationen der Bundesregierung zum Thema Industrie 4.0 gelistet. Zudem wird OPC UA bereits von vielen SPS‘en und Softwaresystemen unterstützt. Eine Kommunikation zur Maschine, wie auch zum Datenbanksystem in der Cloud, ist so einfach zu realisieren. OPC UA ist der Kommunikationsstandard der Automatisierungsbrache. Nahezu kein Anbieter für diese Branche und nahezu kein Maschinenhersteller, der nicht heute bereits eine OPC UA-Schnittstelle anbietet.

Dank objektorientierter Struktur eignete sich OPC UA gut um einen gemeinsamen Kommunikationsstandard für die verschiedensten AutoID-Technologien zu entwickeln. Gemeinsamkeiten, wie eine Scan Methode für die einfache Erkennung einer ID, können so in übergeordneten Klassen definiert werden. Spezifische Ausprägungen können in hieraus abgeleiteten Klassen für die einzelnen AutoID-Technologien umgesetzt werden. Durch diesen Mechanismus, können auch auf dem Standard aufsetzend, herstellerspezifische Erweiterungen eingepflegt werden, ohne die gemeinsame Grundfunktionalität in Frage zu stellen.

Sicherheit gleich eingebaut

Kommunikationssicherheit ist zudem ein wichtiges Thema. Isolierte Kommunikationssysteme gibt es auch in der Fertigung oder Logistik immer seltener. Wie bereits geschrieben, ist die vertikale wie horizontale Integration auch von AutoID-Systemen heute entscheidend, um eine Gesamtlösung entstehen zu lassen. OPC UA bietet integriert bereits diverse Sicherheitsmechanismen. Dies wurde auch vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) getestet. Das BSI hat bestätigt, dass OPC UA bereits integral Mechanismen zur Umsetzung einer sicheren Datenkommunikation anbietet. Das BSI meint hierzu: „OPC UA wurde unter Sicherheitsaspekten entwickelt und enthält keine systematischen Sicherheitslücken“. Für AutoID-Systeme ist dieser Aspekt nicht zu vernachlässigen. Schließlich arbeiten auf Grundlage der vom AutoID-System kommunizierten Daten komplette Maschinen und Prozesse weitestgehend autonom.

Das Thema Sicherheit, nicht nur von Seiten der Kommunikation zur SPS oder Rechnersystem, haben die Mitglieder vom AIM Verband generell als wichtig erachtet. AIM Deutschland hat daher im Jahr 2018 einen eigenen Arbeitskreis AutoID & Security gegründet. Dieser Arbeitskreis erarbeitet Handlungsempfehlungen, wie die AutoID-Technik sicher zu verwenden ist. 2016 stellte AIM Deutschland die neue OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification auf der Hannover Messe vor. Die ersten am Markt verfügbaren RAIN RFID-Geräte von Siemens und Harting wurden in einer Demoapplikation auf dem Messestand der OPC Foundation vorgeführt. Eine direkte Kommunikation, zum Beispiel bis in die Microsoft Azure Cloud ist kein Problem. So können alle SPS und Backend Systeme diese Schnittstelle direkt integrieren.

OPC UA hat seit 2016 noch mehr an Bedeutung gewonnen. Der Beitritt des Volkswagen Konzerns in die OPC Foundation im Jahr 2018 zeigt, dass auch eine der Schlüsselbranchen Deutschlands und Europas, die Automobilindustrie, OPC UA für wichtig erachtet. Am 21. Mai 2019 richtete die Automatisierungsinitiative Deutscher Automobilhersteller (AIDA) gemeinsam mit dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) in Kooperation mit der OPC Foundation bei Volkswagen in Wolfsburg einen OPC UA Informationstag für Automobilzulieferer aus. Dies zeigt auch, dass die Anwender der AutoID-Technologie OPC UA einfordern.

Einer für alle

Die im Jahr 2016 veröffentlichte OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification ist inzwischen von vielen AutoID-Herstellern in die Geräte integriert worden. Wie am OPC Foundation Messestand auf der SPS IPC Drives im November 2018 zu sehen war, sind inzwischen Barcode, HF- und UHF-Geräte mit OPC UA-Schnittstelle verfügbar. So gibt es verschiedene AutoID-Technologien, aber einen gemeinsamen Kommunikationsstandard! Eine einheitliche, sichere Datenkommunikation zu unterschiedlichsten Geräten verschiedener Hersteller ist Realität – und zwar auf Basis von OPC UA, dem zukunftsfähigen Kommunikationsstandard in der Automatisierungsbranche. Selbstverständlich unterscheiden sich die AutoID-Geräte der einzelnen Hersteller auch weiterhin. Differenzierungsmöglichkeiten weisen die Geräte genügend auf. Lediglich der Datenaustausch ist vereinheitlicht. Dies vereinfacht die Einbindung der AutoID-Technologie. Dank Inbuild Security erhöht sich, bei richtiger Anwendung, die Sicherheit der Kommunikation. Das beschleunigt den Ausbau der Automatisierung hin zu Industrie 4.0.

Vereinfachung der Schnittstelle als Kernthema

Doch der Arbeitskreis Systemintegration beendete seine Arbeit nicht im Jahr 2016. Kontinuierlich arbeiten die Teilnehmer an der Erweiterung und Verbesserung der Schnittstellenspezifikation. Die Aufgaben sind hierbei vielfältig. Ein Kernthema ist die Vereinfachung der Schnittstelle für – aus AutoID-Sicht – einfachere Anwendungsszenarien – iInsbesondere, um das Umsetzen und die Schnittstellenintegration zu beschleunigen und unnötige Hürden abzubauen. So kann in Zukunft ein einfaches Scannen eines einzelnen Objektes rein über Variablen erwirkt werden. Funktionsaufrufe sind nicht mehr erforderlich. Der Implementierungsaufwand reduziert sich auf das Minimum.

Ein weiteres wichtiges Thema ist die Integration von Sensordaten. Insbesondere die RAIN RFID-Technik wird immer häufiger zur Übertragung von Sensorwerten genutzt. So lässt sich ein Objekt eineindeutig identifizieren, zusätzliche Daten auslesen und schreiben sowie der aktuelle Zustand des Objektes abfragen. Informationen, ob das Getriebe zu heiß, die Karosserie zu feucht oder der Container sicher verriegelt ist, können direkt mit abgefragt werden; oft sogar batterielos – also passiv und ohne zusätzliche Wartungsarbeiten. Die einzelnen Technologien verschmelzen hierbei immer mehr. Klassische Sensorik und AutoID wächst zusammen.

AIM Deutschland hat auch diesen Aspekt in einem zusätzlichen Arbeitskreis RFID & Sensorik im Jahr 2018 aufgegriffen. Die Ergebnisse und Empfehlungen dieses Arbeitskreises werden selbstverständlich auch bei der Erweiterung der OPC UA-basierten Schnittstelle mitberücksichtigt. Zudem gibt es einen internationalen Austausch über den RAIN und AIM North America Verband. Auf der Hannover Messe 2019 ist das neuste Release der OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification von AIM Deutschland in Kooperation mit der OPC Foundation vorgestellt worden. Erste Ergebnisse der oben angesprochenen Arbeitspakete sind hier bereits enthalten. Der Arbeitskreis Systemintegration ist selbstverständlich auch über die Hannover Messe 2019 in Kooperation mit der OPC Foundation aktiv.

(hw)