Teil 5 von 8: OPC UA Companion Standards

Sehr früh haben Konsortien und Standardisierungsorganisationen diverser Industriezweige erkannt, welches Potenzial in der OPC UA Technologie für eine sichere und zuverlässige Datenkommunikation steckt. Warum das Rad neu erfinden und nicht die Kommunikationsinfrastruktur verwenden, die von der OPC Foundation geschaffen wurde? Warum also nicht die Standards von Konsortien wie z.B. zur Programmierung von Steuerungen, Parametrierung von Feldgeräten oder Wartung von Automatisierungsequipment nehmen und den Transport der Informationen mit dem bewährten Kommunikationsstandard OPC UA kombinieren? Von Beginn war eine der wichtigsten Anforderungen an die OPC UA Spezifikation, dass OPC UA als universelle Kommunikationsplattform und als IEC Standard (IEC62541) eine Basis für andere Standards bilden kann. Die Strategie der OPC Foundation bezüglich der Auswahl der passenden Konsortien für Partnerschaften und Zusammenarbeit ist es, solche Konsortien ausfindig zu machen, deren Informationsmodelle zur Lösung von realen Problemen bei der Informationsintegration beitragen können. Es gibt heute bei der OPC Foundation zahlreiche Arbeitsgruppen die sich mit OPC UA Companion Standards beschäftigen wie z.B.: ADI, FDI, FDT, ISA-95, MES, MIMOSA, ODVA und PLCopen. Im Nachfolgenden werden einige dieser Kooperationen näher vorgestellt. Companion Standard FDI – Geräteintegration mit OPC UA Auf dem Gebiet der Geräteintegration haben sich in den letzten zehn Jahren zwei Technologien etabliert: Field Device Tool (FDT) und Electronic Device Description Language (EDDL). Ihre Funktionalitäten ähneln sich in weiten Bereichen, weisen aber auch spezifische Stärken und Schwächen auf. Im April 2007 haben die FDT Group und das EDDL Cooperation Team eine gemeinsame Standardisierungsaktivität gestartet. Ziel der Zusammenarbeit ist es, eine einzige Technologie zur Ge- räteintegration, die \’Field Device Integration\‘ (FDI) zu definieren. FDI soll die spezifischen Vorteile von FDT und EDDL in einer einzigen Lösung zusammenführen. Die FDI Architektur folgt dazu dem Client-Server-Architekturmuster: Der FDI Server stellt Daten und Funktionen von Feldgeräten zentral zur Verfügung. FDI Clients greifen auf den FDI Server zu und nutzen die Feldgerätedaten und -funktionen zur Erbringung ihrer jeweiligen Aufgabe im Lebenszyklus des Automatisierungssystems. Wie die Abbildung 1 verdeutlicht, nutzt ein Engineering Client den Server, um ein Feldgerät während der Planungsphase zu konfigurieren, während ein Diagnose Client in der Betriebsphase den Zustand des Gerätes überwacht. Damit verschiedene FDI Clients unterschiedlicher Hersteller zur Erfüllung ihrer Aufgabe auf einen zentralen FDI Server zugreifen können, bedarf es eines einheitlichen Zugangs zu Daten, Funktionen und Bedienoberflächen von Feldgeräten. OPC UA bietet hierfür durch Authentifizierung und Verschlüsselung zwei grundlegende Eigenschaften. Sie stellen sicher, dass in einer Anlage keine Änderungen von unbekannten Clients in einen FDI Server eingebracht werden können. Außerdem verhindert die Verschlüsselung das unerlaubte Mithören vertraulicher Daten. Des weiteren stellt OPC UA durch die Nutzung plattformunabhängiger Protokolle wie etwa TCP sicher, dass ein FDI Server beispielsweise unter Windows XP auf einer x86 Plattform läuft während ein FDI Client auf einem Linux-basierten MES-System läuft. Zusätzlich erlaubt OPC UA, spezifische Informationsmodelle zu definieren. Ein solches Informationsmodell legt die Struktur aber auch die Semantik von Daten und Funktionen im Adressraum eines OPC UA Servers fest. Diese Struktur beinhaltet nicht nur die Repräsentationen der Feldgeräte (Daten, Funktionen und Bedienoberflächen), sondern auch eine Abbildung des Automatisierungssystems und insbesondere der Kommunikationstopologie. Darüber ist es FDI Clients möglich, die Topologie des Automatisierungssystems und die darin enthaltenen Feldgeräte automatisch zu erkunden. So bietet OPC UA mit seinen vielfältigen Vorteilen und Funktionen die ideale Basis für die offene Client-Server-Kommunikation von FDI. Analyzer Device Integration – ADI Ein Analyzer ist ein Gerät, das komplexe Analysen durchführt und beispielsweise in der Pharma-, Nahrungsmittel-, Erdöl- und Erdgasindustrie zum Einsatz kommt. Es gibt Anwendungen für Labor- wie auch für Prozessumgebungen. Zurzeit werden solche Analysegeräte von diversen Herstellern entwickelt, wobei die unterschiedlichen Modelle die Informationen auch auf unterschiedliche Weise zur Verfügung stellen, normalerweise über eine proprietäre Schnittstelle, die vom Gerätehersteller entwickelt wurde. Ziel der Analyzer Device Integration (ADI) Working Group ist die Entwicklung einer allgemein anwendbaren Methode für den Datenaustausch sowie eines Analyzer-Datenmodells für Prozess- und Laboranalysegeräte. Die funktionalen Stärken und die breite Akzeptanz von OPC UA waren für ADI ausschlaggebend, um OPC UA als Kommunikationsplattform zu verwenden. Die Beziehung zwischen ADI und dem OPC UA Information Model wird in der Abbildung 2 veranschaulicht. ADI erweitert das standardisierte OPC UA Information Model (wie im vierten Teil dieser Artikelserie vorgestellt) durch Wiederverwendung von Konstrukten, z.B. ObjectTypes, Variables, Data Types, References und EventTypes. Sie führt eine Reihe eigener Konstrukte ein, die jedoch immer von bestehenden abgeleitet sind. Die ADI Companion Specification definiert das auf Analysegeräte bezogene Informationsmodell. Das in der Spezifikation beschriebene Modell dient dazu, eine einheitliche Ansicht der Analysegeräte unabhängig von ihren unterlagerten Geräteprotokollen zu schaffen. PLCopen: Definition eines OPC UA Informationsmodells Die PLCopen ist eine Organisation zur Definition und Umsetzung von Standards in der industriellen Automatisierungstechnik. Ihr Fokus liegt dabei auf der Weiterentwicklung und Verbreitung der IEC6-1131-3-Norm zum globalen Standard für industrielle Steuerungsprogrammierung. De-Facto gilt die IEC6-1131-3 heute bereits als Standard zur Implementierung von SPS-Programmen für moderne industrielle Steuerungen. Auf Basis dieser Norm kann der Nutzer seine Software modular strukturieren und somit leicht pflegen und wieder verwenden. Die PLCopen und die OPC Foundation haben sich in einer gemeinsamen Arbeitsgruppe zusammengeschlossen. Ergebnis der Arbeitsgruppe ist eine Companion Spezifikation, die das IEC6-1131-3-Informationsmodell für OPC UA beschreibt: Wird ein IEC6-1131-3-SPS-Projekt auf unterschiedliche Steuerungsplattformen geladen, so wird es nach außen über den OPC UA Server der Steuerung genormt dargestellt und für die Kommunikation verfügbar gemacht. Die Zusammenarbeit der beiden Gruppierungen ist auch die Basis für zukünftige Lösungen in der Automatisierungswelt. Neben Visualisierungen und MES/ERP-Systemen werden sich weitere Anwendungsgebiete erschließen. SPS-Anwender aus den verschiedensten Industriebranchen können nun mit Leichtigkeit die Vorteile einer genormten UA Präsentation und eines UA Zugriffs auf IEC6-1131-3-Steuerungen nutzen. In einer zweiten Stufe ist die Arbeitsgruppe dabei, genormte SPS-Funktionsbausteine zur Kommunikation per OPC UA zu definieren. Dies ermöglicht einer Steuerung, eigenständig eine OPC UA Kommunikation zu initiieren und SPS-Daten anzufordern oder zu versenden. Gegenseitige Mitgliedschaft von MES D.A.CH und OPC Europe Im Oktober 2011 wurde der MES D.A.CH Verband e.V. Mitglied der OPC Europe und OPC Europe Mitglied des MES D.A.CH Verbands. Gemeinsam wollen beide Organisationen die Connectivity zwischen der Steuerungs- und der MES-Ebene verbessern. Mit der gegenseitigen Mitgliedschaft soll die Grundlage für eine Intensivierung der Zusammenarbeit beider Organisationen gelegt werden, damit MES-Lösungen zur Erledigung ihrer Aufgaben noch schneller und einfacher auf Informationen aus der Feld- und der Steuerungsebene zurückgreifen können. Innerhalb der Fertigungsunternehmen stammt ein großer Teil der Produktionsdaten und der Messwerte zur Berechnung von MES-Kennzahlen direkt aus der Automatisierungsebene. Für den Datentransport werden die beiden Standards OPC Data Access (OPC DA) und zunehmend OPC United Architecture (OPC UA) verwendet. Wenn, um mit dem Präsidenten der OPC Foundation, Thomas Burke, zu sprechen, der Erfolg eines Standards sich daran messen lässt, wie sehr die entsprechende Technologie vom Markt angenommen wird, dann darf man wohl sagen, dass OPC UA auf dem richtigen Weg ist. Teil 6 der OPC UA-Serie wird sich eingehend mit dem OPC Compliance Test beschäftigen. Kasten: Buchtipp Grundlagen, Implementierung und Anwendung von Classic OPC und OPC UA werden in diesem Buch umfassend beschrieben. Anwendern und Herstellern von OPC-Produkten bietet dieses Buch den idealen Einstieg, die OPC-Technologie zu verstehen und effizient zu nutzen. Lange/Iwanitz/Burke, OPC. Von Data Access bis Unified Architecture. XXIII, 494 pages. Kart. Mit CD-ROM. VDE Verlag, ISBN 978-3-8007-3217-3, Preis 58e,