HARTING-Smart-Factory-1

Eine Smart-Factory-Demo von Harting auf der Hannover Messe: Harting setzt sich unter anderem für die Verwendung von OPC UA als Kommunikationsstandard in Auto-ID Geräten ein. OPC UA ist als Referenzarchitektur für Industrie 4.0 gesetzt. - Bild: Harting

Mit OPC UA können RFID-Systeme mit einigen wenigen Datenpunkten genauso vernetzt werden wie Leitsysteme mit über 100.000 Datenpunkten. Die fortschreitende Automatisierung erfordert immer mehr heterogene Systeme. Neuartige Fragestellungen und Aufgaben können nur bewältigt werden, in dem Kommunikationsteilnehmer relevante Informationen flexibel direkt miteinander austauschen können. 2006 wurde nach drei Jahren Entwicklung und einem Jahr Prototyping der erste Entwurf von OPC UA von der OPC Foundation verabschiedet. Mit der Standardisierung in der IEC-Norm 62541 wurde im Jahr 2009 das Kommunikationsprotokoll OPC UA als neuer De-facto-Standard in der Automatisierungsbranche eingeführt. Alle führenden Automatisierungshersteller stehen bereits hinter OPC UA. Der Standard ist gegenüber dem alten OPC vor allem plattform- und programmiersprachenunabhängig und bietet höhere Sicherheit. Er verfügt über eine integrierte 128 oder 256 bit-Verschlüsselung und beinhaltet außerdem die Authentifizierung und Autorisierung sowie Datenintegrität durch Signaturen. OPC UA ist skalierbar, von der Cloud-basierten Server- bis zu einer minimalistischen Chip-Implemen-
tierung ist alles möglich.

Im Netz als Server und Client

OPC UA folgt einer serviceorientierten Architektur (SOA), womit sich Dienste zwischen IT-Systemen strukturieren und nutzen lassen. Wie üblich setzt sich das Kommunikationsprotokoll aus mehreren Schichten zusammen. Die abstrakte Beschreibung von Services bildet die funktionelle Grundlage. Diese Services werden mithilfe der Transportschicht durch ein Protokoll aufgerufen, das die Daten der Netzwerkteilnehmer wie Embedded-Geräte, Back-end-Systeme, Visualisierungssysteme oder RFID-Reader serialisiert, beziehungsweise deserialisiert und über das Netzwerk sendet. Auf diese Weise können verschiedenste Netzwerkteilnehmer unabhängig vom Betriebssystem Daten miteinander austauschen.

Entscheidend für den Aufbau zukunftsfähiger Kommunikationsstrukturen ist hierbei die Möglichkeit, dass die einzelnen Kommunikationsteilnehmer sowohl als Server wie auch als Client agieren können. Daher können sie Daten anfordern oder auch zur Verfügung stellen. Dies bildet die Grundlage für eine künftige autarke, bidirektionale Kommunikation von Teilsystemen. Der Funktionsumfang umfasst hierbei sowohl das Aufrufen von Funktionen, die Änderung von Konfigurationsparametern sowie eine eventgesteuerte Kommunikation. Hierzu können die Kommunikationspartner untereinander Events subscriben und somit festlegen, über welche Ereignisse – zum Beispiel wenn ein neuer RFID -Transponder erkannt wurde – sie informiert werden möchten.

Dank des objektorientierten Ansatzes von OPC UA können herstellerspezifische Eigenschaften der einzelnen Geräte besonders leicht erhalten bleiben, ohne dass der Standard verletzt wird. OPC UA definiert, wie kommuniziert wird, aber nicht was. Daher ist OPC UA vollkommen anwendungs- und geräteneutral. Welche Funktionen und Variablen ein Gerät zur Verfügung stellt, wird zur Laufzeit ermittelt, sofern nicht im Vorfeld bekannt.

Einfache Integration

HARTING-Smart-Factory-3
Die Position der Behälters wird über einen RFID-Reader bestimmt.

Damit eine solche Integration noch einfacher gelingt, können die Datenmodelle von Gerätegruppen oder branchentypischen Anwendungen bereits in sogenannten Companion Specifications vordefiniert werden. Diese Spezifikationen beinhalten den wesentlichen Funktionsumfang inklusive der Datentypbeschreibung der einzelnen Variablen sowie Übergabe- und Rückgabeparameter. Der Vorteil einer solchen Companion Specification liegt auf der Hand: Je mehr Hersteller dieser Empfehlung folgen und ihre Kommunikationsschnittstellen entsprechend umsetzen, desto schneller können verschiedene Geräte in neue Anwendungen integriert werden. Dies spart Zeit und erhöht den Investitionsschutz von Unternehmen..

Darüber hinaus können die Spezifikationen geräte- und herstellerspezifisch erweitert werden. Hersteller können ihre Features beibehalten und dennoch auf eine gemeinsame, breit akzeptierte Kommunikationsbasis aufsetzen. Da diese Funktionen zur Laufzeit von anderen Kommunikationsteilnehmern abgefragt werden können, ist eine Verwendung denkbar einfach.

Harting erkannte das Potenzial von OPC UA schon früh und präsentierte bereits auf der Hannover Messe 2013 seinen UHF-RFID-Reader Ha-VIS RF-R500 mit integriertem OPC-UA-Server. Dabei beschränkte sich das Unternehmen nicht alleine auf den RFID-Reader, sondern setzte OPC UA zur Kommunikation in verschiedensten Anwendungen ein. Getrieben von der Motivation, dass ein akzeptiertes, standardisiertes Kommunikationsinterface zu Auto-ID-Geräten die Arbeit von System-Integratoren effizienter gestalten wird, brachte Harting das Thema OPC UA vor etwa einem Jahr in einen der Arbeitskreise des AIM Deutschland ein (Association for Automatic Identification and Mobility). Gemeinsam mit den führenden Vertretern der Branche beschloss der Verband in Kooperation mit der OPC Foundation eine Companion Specification für Auto-ID-Geräte zu definieren.

Gemeinsame Kommunikationsschnittstelle

Die Companion Specification führt die unterschiedlichen Auto-ID-Technologien auf eine gemeinsame Kommunikationsschnittstelle und auf ein gemeinsames Datenmodell zurück. Dank der Flexibilität von OPC UA gehen die technologischen Unterschiede hierbei nicht verloren. Beispielsweise beinhalten alle Auto-ID-Technologien eine Scan-Methode, die neue Barcodes oder RFID-Transponder identifiziert. Wie diese Daten dann im Einzelnen interpretiert werden, ist je nach Technologie unterschiedlich, lässt sich aber schnittstellentechnisch allgemeingültig beschreiben. Für den Systemintegrator oder den Endkunden bedeutet dies, dass deutlich schneller unterschiedliche Auto-ID-Geräte sowie verschiedene Hersteller und Technologien in eine Gesamtinfrastruktur eingebunden werden können.