Mit OPC UA lassen sich Informationen aus der Steuerung sicher und herstellerunabhängig auslesen, weitergeben und vernetzen.

Mit OPC UA lassen sich Informationen aus der Steuerung sicher und herstellerunabhängig auslesen, weitergeben und vernetzen. Siemens

Um bei immer modularer aufgebauten Maschinen die Komplexität zu reduzieren wird zunehmend auf Standardisierung als Basis für die Digitalisierung gesetzt. Als de-facto-Standard für die herstellerübergreifende Kommunikation innerhalb der Steuerungsebene und zu überlagerten Systeme hat sich dabei OPC UA etabliert. Moderne Steuerungen unterstützen OPC UA nicht nur auf technischer Ebene, sondern erleichtern auch die Implementierung entsprechender Kommunikationslösungen.

Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Firmware-Update bringt
    OPC-UA-Client in die S7-1500 Familie
  • Datenstruktur und
    Zugriffsart entscheiden
    über Performance
    der Kommunikation
  • Companion Specs
    zur Laufzeit zuladbar
  • OPC UA Spezifikationen als Firmenstandards definierbar

Bereits im Jahr 2009 spezifiziert und released, lag die erste Version anfangs noch in einer Art Dornröschenschlaf. Erst mit den Entwicklungen rund um die Digitalisierung und die intelligente Fabrik wurde OPC UA zu der Kernkomponente für die Kommunikation und den Datenaustausch in der industriellen Automatisierung. Diese Entwicklung lässt sich gut anhand der Suchanfragen im Internet verfolgen: Seit Anfang 2013 hat sich die Zahl der Suchen nach ‚OPC UA‘ gut verfünffacht. OPC UA gilt mittlerweile als einer der Wegbereiter für Industrie 4.0. Entsprechend unterstützen die meisten Anbieter von Automatisierungslösungen OPC UA in ihren Systemen, allerdings in unterschiedlicher Ausprägung, das heißt mit unterschiedlichen OPC UA Profilen.

OPC UA im Kontext der Automatisierung

OPC UA ermöglicht im industriellen Kontext die gesicherte und zuverlässige Kommunikation in modularen, standardisierten Fertigungen. Mit OPC UA können Anwender sowohl einen gesteuerten und sicheren Zugriff auf einzelne Geräte als auch auf komplette Maschinen implementieren. Mittels OPC UA lassen sich Maschinen in eine vorhandene Automatisierungs- und Kommunikationsinfrastruktur einbinden, zusätzliche Aggregate wie Zuführeinrichtungen in Maschinen integrieren und auch die Kommunikation mit Scada- und MES-Systemen oder zu Cloud-Lösungen realisieren. Sicherheitszertifikate und die Verschlüsselung der Kommunikation stellen sicher, dass nur befugte Teilnehmer auf die Daten zugreifen können.

Mit der Client-Server-Architektur von OPC UA lassen sich sowohl eine Kommunikation zwischen Steuerungen als auch zwischen Steuerungen und überlagerten Systemen realisieren.

Mit der Client-Server-Architektur von OPC UA lassen sich sowohl eine Kommunikation zwischen Steuerungen als auch zwischen Steuerungen und überlagerten Systemen realisieren. Siemens

Die Kommunikation über OPC UA funktioniert dabei unabhängig von der jeweiligen Plattform oder dem eingesetzten Automatisierungssystem, vorausgesetzt, die Teilnehmer halten sich an die aktuellen Spezifikationen der OPC Foundation. Neben diesen Spezifikationen haben sich einige sogenannte Companion Spezifikationen etabliert, die auf dem Informationsmodell von OPC UA aufbauen. Diese Companion Spezifikationen beschreiben die OPC UA Kommunikation für spezielle Branchen oder Anwendungen in einer standardisierten Form, zum Beispiel für die Verpackungsindustrie oder für Robotik-Anwendungen. Daneben existieren weitere spezifizierte Schnittstellen oder OPC-UA-Modelle einzelner Unternehmen, um eine Standardisierung innerhalb des eingesetzten Maschinenparks zu unterstützen und flexible Fertigungskonzepte zu ermöglichen.

Diese Offenheit und Gestaltungsfreiheit führt dazu, dass gerade auf Automatisierungsebene OPC UA oft nicht gleich OPC UA ist. Für Maschinenbauer entsteht daraus die Herausforderung, dass sie in der Automatisierung allgemein und insbesondere in der Steuerung unterschiedliche Sichtweisen auf die Automatisierung und die Maschine unterstützen müssen.

„Wir laden und instanziieren OPC-UA-Companion Specs zur Laufzeit.“

Oft ist die OPC-UA-Sicht (Datenstruktur) einzelner Geräte fest in diesen Komponenten verankert und lässt sich vom Maschinenbauer daher nicht leicht verändern, seine Datenstruktur anpassen. Typischerweise ist auch eine Companion Spezifikation fest in der Firmware implementiert. Notwendige Änderungen sind dann nur über eine Anpassung in der Firmware möglich, was einen gewissen Aufwand bei den Geräteherstellern erfordert.

Einen wesentlich flexibleren Ansatz verfolgt Siemens mit den Simatic S7-1500 Steuerungen: Hier lassen sich OPC-UA-Spezifikationen über ein kostenloses, externes Tool nachladen. Der Siemens OPC UA Modelling Editor, kurz SiOME, ermöglicht es, die entsprechend geänderten Vorgaben und Datentypen in die Firmware der CPU zu integrieren und zu ­in-stanziieren. Somit kann der Maschinenbauer seine Maschinensteuerung ­flexibel an unterschiedliche Zugriffsmodelle für diverse Spezifikationen verschiedener Hersteller anpassen. Diese Funktion steht innerhalb der Simatic S7-1500 Controller für alle CPU-Ausprägungen und -Leistungsklassen zur Verfügung, sodass sich eine entsprechende OPC-UA-Kommunikation für unterschiedliche Anwendungen und Leistungsanforderungen implementieren lässt. Bei Bedarf kann ein Maschinenbauer so auch eigene Spezifikationen entwickeln und implementieren. Änderungen oder Erweiterungen der Spezifikation oder auch das Deaktivieren der Standard OPC-UA-Schnittstelle lassen sich, ohne ein Firmware-Update durch­zuführen, über das TIA Portal Projekt nachladen.

Modellpflege bei Simatic S7-1500

Firmware mit neuen Funktionen

Im Zuge stetiger Weiterentwicklung der Simatic S7-1500 Controller-Familie hat Siemens in der Firmware 2.6 neue Funktionen für die Kommunikation implementiert. Der Controller bietet jetzt Taktsynchronität am zentralen Rückwandbus, mit der sich anspruchsvolle Technologie-Aufgaben im zentralen Aufbau realisieren lassen. Davon profitieren insbesondere dynamische Regelungsaufgaben, die eine konstante Totzeit erfordern. Die Taktsynchronität ermöglicht ­zudem die schnelle Analogwerterfassung mit Oversampling, um bei Spitzen bei Analog­signalen zu erkennen, die kürzer als ein SPS-Zyklus sind oder um Verläufe von Analogsignalen zu ­erfassen, die eine hohe Abtastrate erfordern.
Im Hinblick auf OPC UA ist eine der zentralen Neuerungen, dass zusätzlich zum OPC-UA-Server nun auch ein OPC-UA-Client in der gesamten Simatic S7-1500 Produktfamilie inklusive PLCSIM Advanced verfügbar ist. Dies ermöglicht die vertikale Kommunikation zu MES-Systemen oder zu Cloud-Diensten sowie die Controller-Controller-Kommunikation. Der OPC-UA-Client unterstützt über entsprechende OPC-UA-Kommunikationsanweisungen sowohl Methodenaufrufe als auch Read/Write-Zugriffe.

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