Was ist OPC-UA
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein Industriestandard, der für die Kommunikation und den Austausch von Daten in der industriellen Automatisierung entwickelt wurde.
Einführung in OPC-UA
Woher kommt OPC-UA?
OPC UA wurde von der OPC Foundation entwickelt. Die OPC Foundation ist eine gemeinnützige Organisation, die sich auf die Entwicklung von Standards für die industrielle Automatisierung konzentriert. Die Entwicklung von OPC UA begann im Jahr 2006, und der Standard wurde erstmals im Jahr 2008 veröffentlicht. Seitdem hat OPC UA eine breite Akzeptanz in der Industrie gefunden und wird in vielen verschiedenen Anwendungen und Branchen eingesetzt. Die OPC Foundation arbeitet kontinuierlich daran, den Standard zu erweitern und zu verbessern, um den sich ändernden Anforderungen und Technologien gerecht zu werden.
Was ist der Zweck von OPC-UA
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein Standard für die Kommunikation und den Austausch von Daten in der industriellen Automatisierung. Es baut auf dem älteren OPC-Standard auf und wurde entwickelt, um die Interoperabilität und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen und Geräten in industriellen Umgebungen zu erleichtern.
Mit OPC UA können Daten plattformunabhängig zwischen verschiedenen Herstellern, Betriebssystemen und Netzwerken ausgetauscht werden. Es stellt einheitliche Datenmodelle, Schnittstellen und Protokolle bereit, um die Integration von Geräten und Systemen unterschiedlicher Hersteller zu erleichtern.
Die Stärken von OPC UA liegen in seiner Flexibilität, Skalierbarkeit und Sicherheit. Es unterstützt verschiedene Transportprotokolle wie TCP/IP, HTTPS und MQTT, was die Kommunikation über lokale Netzwerke, das Internet oder Cloud-Dienste ermöglicht. Zudem bietet OPC UA Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung, Authentifizierung und Autorisierung, um die Datenintegrität zu gewährleisten und vor unbefugtem Zugriff zu schützen.
Aufgrund seiner offenen Architektur und der weiten Verbreitung in der industriellen Automatisierungsbranche wird OPC UA in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Maschinensteuerung, Prozessautomatisierung, Gebäudeautomatisierung und mehr. Es ermöglicht einen nahtlosen Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen und Geräten, was zu einer verbesserten Effizienz, Interoperabilität und Flexibilität in der industriellen Automatisierung führt.
Die Verwaltungsschale im Kontext zu dem OPC-UA Standard
Die Verwaltungsschale ist ein Konzept im Kontext von Industrie 4.0, das eng mit dem OPC UA-Standard verbunden ist. Sie bezieht sich auf die digitale Darstellung von physischen Produkten, Maschinen oder Anlagen in einer vernetzten Industrieumgebung.
Die Verwaltungsschale dient als digitales Abbild eines realen Objekts und enthält umfassende Informationen über dessen Eigenschaften, Zustand, Leistung und weitere relevante Daten. Diese Informationen werden über den OPC UA-Standard standardisiert und strukturiert erfasst, gespeichert und ausgetauscht.
Die Verwaltungsschale ermöglicht es, dass verschiedene Systeme, Geräte und Softwareanwendungen in der Industrie 4.0-Umgebung auf einheitliche Weise auf die Informationen zugreifen und sie interpretieren können. Dadurch wird eine nahtlose Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den Komponenten der Industrie 4.0-Umgebung ermöglicht.
Durch die Verwaltungsschale können beispielsweise Informationen über den Produktionsstatus, Wartungsbedarf, Energieverbrauch, Qualitätsdaten und vieles mehr in Echtzeit erfasst, ausgetauscht und analysiert werden. Dies ermöglicht eine bessere Überwachung, Steuerung und Optimierung von Produktionsprozessen, Ressourcenmanagement und Wartungsaufgaben.
Die Verbindung von Industrie 4.0 mit dem OPC UA-Standard und der Verwaltungsschale schafft eine Grundlage für die Digitalisierung und Vernetzung von industriellen Anlagen, Maschinen und Produkten. Sie ermöglicht eine effizientere Produktion, eine verbesserte Fehlererkennung und -behebung, eine optimierte Wartung sowie neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen in der Industrie.
Der Einsatz von OPC UA in der digitalen Fabrik
Ermöglicht eine nahtlose Kommunikation, Datenintegration und Automatisierung, was zu einer verbesserten Effizienz, Produktivität und Flexibilität in der Produktion führt. Es unterstützt die Entwicklung von Industrie 4.0-Konzepten und fördert die Realisierung einer vernetzten, intelligenten Fabrikumgebung.
Beispiel einer OPC-UA Informationsarchitektur in JSON
Wie kann die Verwaltungschalte aussehen?
Die Übertragung von Daten in der Verwaltungsschale kann sowohl in XML- als auch in JSON-Format erfolgen. Beide Formate sind weit verbreitet und werden in der Industrie 4.0-Kommunikation eingesetzt. Die Wahl des Formats hängt von den Anforderungen des Systems und den verwendeten Technologien ab.
XML (Extensible Markup Language) ist ein textbasiertes Datenformat, das strukturierte Informationen in einer hierarchischen Form darstellt. Es ist flexibel und erweiterbar, da es benutzerdefinierte Tags und Attribute unterstützt. XML bietet eine klare Struktur und ist gut lesbar, aber es kann auch etwas umfangreicher sein als andere Formate.
JSON (JavaScript Object Notation) ist ebenfalls ein textbasiertes Datenformat, das strukturierte Daten in einer lesbaren Form darstellt. Es basiert auf einer einfachen Syntax und verwendet Schlüssel-Wert-Paare, um Daten zu organisieren. JSON ist kompakter als XML und wird oft als bevorzugtes Format für den Austausch von Daten in Webanwendungen und APIs verwendet.
Die Entscheidung, ob XML oder JSON verwendet wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. den unterstützten Technologien und Protokollen, den vorhandenen Systemen und Anwendungen sowie den Anforderungen an die Lesbarkeit, Erweiterbarkeit und Effizienz der Datenübertragung.
{
"identifikation": {
"kennung": "Machine_001",
"name": "Werkzeugmaschine 001",
"hersteller": "XYZ Manufacturing",
"produktionsdatum": "2023-01-01",
"seriennummer": "987654321"
},
"status": {
"betriebsstatus": "Aktiv",
"betriebsmodus": "Automatisch",
"aktuelle_bearbeitungsaufgabe": "Aufgabe_123",
"aktuelle_betriebsstunden": 120
},
"leistungsdaten": {
"maximaler_arbeitsbereich": {
"x": 1000,
"y": 800,
"z": 500
},
"maximale_bearbeitungsgeschwindigkeit": 500,
"spindeldrehzahl": 12000,
"bearbeitungsgenauigkeit": 0.01,
"werkzeugwechselzeit": 10
},
"werkzeugdaten": {
"aktuell_eingesetztes_werkzeug": "Werkzeug_007",
"verfuegbarkeit_von_werkzeugen": [
{
"werkzeugname": "Werkzeug_001",
"zustand": "Einsatzbereit"
},
{
"werkzeugname": "Werkzeug_002",
"zustand": "Verschleiß"
},
{
"werkzeugname": "Werkzeug_003",
"zustand": "Ersatz notwendig"
}
],
"werkzeuglebensdauer": {
"werkzeug_001": 1000,
"werkzeug_002": 500,
"werkzeug_003": 0
}
},
"wartung_instandhaltung": {
"naechster_wartungstermin": "2023-07-01",
"wartungsverlauf": [
{
"datum": "2023-01-15",
"beschreibung": "Wartung durchgeführt"
},
{
"datum": "2023-04-30",
"beschreibung": "Verschleißteil ausgewechselt"
}
],
"verschleissteile": [
{
"teilname": "Lagersatz",
"zustand": "Gut"
},
{
"teilname": "Spindel",
"zustand": "Verschleiß"
}
],
"diagnosedaten": {
"sensor_1": {
"wert": 75,
"einheit": "Grad Celsius"
},
"sensor_2": {
"wert": 250,
"einheit": "Bar"
}
}
}
}
OPC UA als Kommunikationsstandard ist unabhängig von einem bestimmten Datenformat. Es definiert einheitliche Datenmodelle, Schnittstellen und Protokolle für die Kommunikation, ermöglicht jedoch die Verwendung verschiedener Datenformate wie XML oder JSON für die Übertragung der Daten in der Verwaltungsschale. Die genaue Wahl des Datenformats wird in der Konfiguration und Implementierung der Systeme festgelegt, die OPC UA verwenden.
Welche Standards müssen beim Einsatz von OPC UA eingehalten werden?
Beim Einsatz von OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) müssen verschiedene Standards und Spezifikationen erfüllt werden. Hier sind einige wichtige Standards, die relevant sind:
OPC UA-Spezifikation: Die OPC UA-Spezifikation definiert die Kernfunktionalitäten, Kommunikationsprotokolle, Datenmodelle und Sicherheitsmechanismen von OPC UA. Die Spezifikation stellt sicher, dass die Implementierung einheitlich und interoperabel ist.
OPC UA-Information Model: Das Information Model definiert die Struktur der Daten und Objekte, die über OPC UA kommuniziert werden. Es legt fest, wie Daten organisiert, benannt und beschrieben werden, um eine einheitliche Interpretation zu gewährleisten.
Transportprotokolle: OPC UA unterstützt verschiedene Transportprotokolle wie TCP/IP, HTTPS und MQTT. Die Wahl des Transportprotokolls hängt von den spezifischen Anforderungen und der Infrastruktur ab, in der OPC UA implementiert wird.
Security Profiles: OPC UA bietet verschiedene Sicherheitsprofile, die den Schutz der übertragenen Daten gewährleisten. Dazu gehören Verschlüsselung, Authentifizierung und Autorisierung, um die Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit der Daten zu gewährleisten.
Semantische Interoperabilität: OPC UA ermöglicht die semantische Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen und Geräten. Dies wird durch die Verwendung von OPC UA-Information Models und standardisierten Namensräumen erreicht, die eine einheitliche Interpretation der Daten ermöglichen.
Normen und Zertifizierungen: OPC UA erfüllt verschiedene Normen und Zertifizierungen, um die Interoperabilität und Sicherheit zu gewährleisten. Dazu gehören Normen wie IEC 62541, ISO 62536 und Zertifizierungen wie das OPC UA Compliance Test Tool (CTT) und das OPC UA Certification Program.O
Übersicht der OPC-UA Standards
Es ist wichtig, dass bei der Implementierung von OPC UA diese Standards und Spezifikationen berücksichtigt werden, um eine reibungslose Kommunikation und Interoperabilität zwischen den Systemen zu gewährleisten und die Sicherheit der übertragenen Daten zu gewährleisten.
Weiterführende Links und offizielle Website
Wenn Sie nach Websites suchen, die sich mit dem Thema OPC UA befassen, empfehle ich Ihnen, nach folgenden Ressourcen zu suchen:
OPC Foundation (https://opcfoundation.org/): Die offizielle Website der OPC Foundation bietet Informationen, Dokumentationen und Ressourcen rund um den OPC UA-Standard.
Industrie 4.0 Plattform (https://www.plattform-i40.de/): Die offizielle Website der deutschen Plattform Industrie 4.0 bietet umfangreiche Informationen über Industrie 4.0 und deren Zusammenhang mit OPC UA.
Fachzeitschriften und Industrieportale: Es gibt verschiedene Fachzeitschriften und Online-Portale, die sich mit der industriellen Automatisierung und Industrie 4.0 befassen. Diese könnten Artikel, Studien und Informationen zu OPC UA enthalten. Beispiele für solche Ressourcen sind „Automation World“ (https://www.automationworld.com/) und „Control Engineering“ (https://www.controleng.com/).
Foren und Communities: In Foren und Online-Communities können Sie sich mit Experten und anderen Interessierten austauschen und Informationen zu OPC UA finden. Beispiele für solche Plattformen sind Stack Overflow (https://stackoverflow.com/) und das OPC Foundation Community Forum (https://forum.opcfoundation.org/).
