Heterogene Maschinenparks im IIoT verknüpfen

0:000:00

1st Revision
Bild: Softing Industrial Automation GmbH

OPC UA eignet sich, um industrielle Produktionsanlagen und deren Geräte durch Software zu beschreiben. Entsprechend kommt der Protokoll-Stack an der Schnittstelle von OT und IT zum Einsatz: OPC UA Server stellen standardkonform Daten zur Verfügung, OPC UA Clients greifen standardkonform auf diese Daten zu. Zentrales Konzept hierbei sind Informationsmodelle. Diese beschreiben Dienste und Daten, die ein OPC UA Server anbietet. Der OPC UA-Standard strukturiert Informationsmodelle in Basismodelle und optionale Modellerweiterungen. Derartige Erweiterungen mit Bezug auf eine bestimmte Industrie oder Anwendungsdomäne heißen Begleitspezifikation (engl. Companion Specifications). Vom OPC UA-Standard vorgesehen sind außerdem hersteller- bzw. anwenderspezifische Erweiterungen der Basismodelle, die wiederum auf Begleitspezifikationen aufbauen können oder auch nicht. Als Überbegriff umfassen OPC UA-Informationsmodelle all diese Varianten, weswegen dieser Artikel meist diesen Begriff verwendet.

Vorteile von Informationsmodellen

Als standardisierte Definition einer Schnittstelle reduzieren Informationsmodelle den Integrationsaufwand von OPC UA Server- und OPC UA Client-Komponenten. Je nach Nutzer ergeben sich hieraus eine Reihe von möglichen Vorteilen. So können Begleitspezifikationen hersteller- und anwenderübergreifend Aufwände für Systemintegration reduzieren, Geräte unterschiedlicher Lieferanten einfacher austauschbar machen und die IoT-Anwendungsentwicklung vereinfachen. Zu den größeren und bekannteren Begleitspezifikationen zählen etwa PA-DIM für die Prozessindustrie, oder die Weihenstephan-Standards für die Lebensmittelbranche.

Spezielle Anpassung ist möglich

Sollte für ein bestimmtes Szenario keine geeignete Begleitspezifikation zur Verfügung stehen, können Hersteller oder Anwender erweiterte OPC UA-Informationsmodelle speziell für ihre Bedürfnisse entwickeln – beispielsweise wenn ein Anwender mehrere Standorte mit jeweils unterschiedlichen Geräten und Schnittstellen an eine zentrale Plattform mit bestimmten Anwendungen anbinden will. Ein auf die Bedürfnisse zugeschnittenes Informationsmodell kann den Zugriff auf Daten über alle Standorte hinweg standardisieren, um die IoT-Anwendungsentwicklung zu erleichtern. In Kombination mit geeigneten Technologien und Designmustern sind standardisierte OPC UA-Informationsmodelle meist geeignet, Konfigurationsaufwände eines IoT-Systems zu reduzieren und den Betrieb effizienter zu gestalten.

Konfigurierbarkeit und Mapping

Um die Vorteile von erweiterten Informationsmodellen auszuschöpfen, müssen OPC UA Server mit Informationsmodellen gut umgehen können. Anwender sollten beliebige Informationsmodelle laden und Datenquellen in einen dem Informationsmodell entsprechenden Adressraum des OPC UA Servers abbilden können. Diese Mapping-Funktionalität ist Grundlage für den effizienten Aufbau von industriellen Datenräumen in innovativen IoT-Systemen. Weiter unten ist beschrieben, wie Softing diese Funktionalität in Standard-Produkten umsetzt. Zunächst wird anhand drei ausgewählter Aspekte beschrieben, wie ein solcher OPC UA Server mit Mapping-Funktionalität im Rahmen eines größeren IoT-Systems eingesetzt wird und optional mit weiteren Komponenten zusammenspielen kann. Das Thema Architektur verdient eigentlich eine ausführlichere Darstellung, wird im Artikel jedoch zumindest angerissen.

Mapping nahe an der Datenquelle

In den meisten IoT-Systemen müssen unstrukturierte Daten so nahe wie möglich an der Datenquelle mit Semantik versehen bzw. in den Adressraum eines OPC UA Servers gemappt werden, nicht erst in einem zentralen Data Center oder in der Cloud. Hierfür gibt es mehrere Gründe. Dazu gehören Anwendungen, die Daten bereits lokal auf Edge-Ebene nutzen. Ein weiteres Beispiel ist die strukturierte Auswertung über mehrere Ebenen hinweg, etwa bei der Berechnung von OEE-Kennzahlen für einzelne Maschinen, einen Standort oder den Konzern. Hinzu kommt das große Datenvolumen, das in Geräten und Automatisierungsnetzen anfällt. Aus Kostengründen oder wegen begrenzter Bandbreite kann es oft nicht vollständig an eine zentrale Plattform übertragen werden.

Unified Name Spaces

Unified Name Space beschreibt im Kontext von IoT-Systemen ein Designmuster (engl. design pattern) einer Anwendung. Es ermöglicht die Bereitstellung von OT- und anderen Daten über IT-Technologien, sodass Entwickler und Data Scientists diese nutzen können. In praktischen Implementierungen kann beispielsweise ein MQTT-Broker mit JSON-Encoding für Nutzdaten zum Einsatz kommen, der wiederum auf einen OPC UA Server als Datenquelle zugreift. Auf Standardinformationsmodellen basierende OPC UA Server ermöglichen eine vereinfachte und weitgehend automatisierte Konfiguration der Veröffentlichung und Konsolidierung von Daten in einem Unified Name Space.

UA Cloud Library

Sobald Anwender den Einsatz von OPC UA-Informationsmodellen für ihr IoT-System in Betracht ziehen, stellt sich die Frage, wie diese Modelle verwaltet werden können. Die gemeinsam von der OPC Foundation und von CESMII entwickelte UA Cloud Library ist eine Datenbank für Informationsmodelle und Adressräume. Sie soll das Bereitstellen, Auffinden und Verteilen von Informationsmodellen vereinfachen, sei es manuell oder automatisiert über eine HTTP-REST-Schnittstelle. Anwender können die von der OPC Foundation gehostete UA Cloud Library nutzen. Alternativ steht die UA Cloud Library als Open Source-Projekt auch all denen Anwendern zur Verfügung, die sie selbst betreiben möchten. In jedem Fall unterstützt die UA Cloud Library die Entwicklung und den skalierbaren Betrieb von IoT-Systemen.

Übersicht über Softing-Produkte

Mit dem Secure Integration Server (SIS) bietet Softing Industrial bereits seit mehreren Jahren eine Windows-Applikation an, die Daten aus mehreren Datenquellen über OPC UA erfasst, in einem einzelnen OPC UA Server aggregiert, und ein konfigurierbares Mapping der Datenquellen gemäß ladbarer OPC UA-Informationsmodelle ermöglicht. Inzwischen steht mit dem EdgeAggregator ein zweites Produkt zur Verfügung, das eine vergleichbare Funktionalität als containerisiertes Software-Modul anbietet. Vor kurzem hat Softing das Portfolio erweitert und bietet OPC UA Mapping-Funktionalität auch in EdgeConnector-Produkten und in der EdgeGate-Hardware an. Als Datenquellen unterstützen diese Produkte neben OPC UA und MQTT andere industrielle Protokolle, etwa zum Zugriff auf Siemens- und Allen-Bradley-Steuerungen, auf CNC-Maschinen mit Fanuc- und Siemens-Komponenten, oder auf Modbus-sprechende Datenquellen. In den Produkten kann das Mapping der Datenquellen manuell über eine GUI definiert werden, oder automatisiert über eine HTTP-REST-Schnittstelle. Alle Produkte verbindet, dass sich mit ihnen Maschinendaten erfassen und konfigurierbar in OPC UA-Adressräume mappen lassen, angepasst auf die vorhandene Infrastruktur und das Betriebskonzept.



  • Im PwC Maschinenbau-Barometer überwiegt der Pessimismus

    Im PwC Maschinenbau-Barometer überwiegt der Pessimismus

    Ob Konjunkturerwartung, Umsatzprognosen oder Kapazitätsauslastung – alle wichtigen Kennzahlen aus aktuellen Maschinenbau-Barometer der Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PwC Deutschland zeugen von einer weiteren Negativentwicklung der Branche.

    mehr lesen: Im PwC Maschinenbau-Barometer überwiegt der Pessimismus

  • KI-Markt nähert sich bis 2027 der Billionen-Dollar-Marke

    KI-Markt nähert sich bis 2027 der Billionen-Dollar-Marke

    Der weltweite Markt für Hardware und Software im Bereich künstliche Intelligenz (KI) wird nach Schätzungen der Unternehmensberatung Bain & Company voraussichtlich zwischen 40 und 55 Prozent pro Jahr wachsen und…

    mehr lesen: KI-Markt nähert sich bis 2027 der Billionen-Dollar-Marke

  • Agile Manufacturing verlegt Hauptsitz nach Berlin

    Agile Manufacturing verlegt Hauptsitz nach Berlin

    Die Agile Manufacturing GmbH, ein Anbieter agiler Fertigungssysteme, verlegt ihren Hauptsitz von Lupburg, Bayern, nach Berlin.

    mehr lesen: Agile Manufacturing verlegt Hauptsitz nach Berlin

  • Neuer CEO und General Manager bei Schneider Electric in Lahr

    Neuer CEO und General Manager bei Schneider Electric in Lahr

    Schneider Electric hat seit dem 1. Juli mit Yusuf Pence einen neuen CEO sowie General Manager für den Standort in Lahr.

    mehr lesen: Neuer CEO und General Manager bei Schneider Electric in Lahr

  • Neuer Präsident für die IFR

    Neuer Präsident für die IFR

    Das Executive Board der International Federation of Robotics (IFR) hat Takayuki Ito zum Präsidenten gewählt.

    mehr lesen: Neuer Präsident für die IFR

  • VDMA Software und Digitalisierung mit neuem Vorstand

    VDMA Software und Digitalisierung mit neuem Vorstand

    Der VDMA Software und Digitalisierung hat einen neuen Vorstand gewählt.

    mehr lesen: VDMA Software und Digitalisierung mit neuem Vorstand

  • Friedhelm Loh Group beruft Niko Mohr in den Vorstand

    Friedhelm Loh Group beruft Niko Mohr in den Vorstand

    Die Führungsspitze der Friedhelm Loh Group hat ein neues Mitglied: Prof. Dr. Niko Mohr (Bild) erweitert zum 1. November 2024 den Vorstand der Gruppe.

    mehr lesen: Friedhelm Loh Group beruft Niko Mohr in den Vorstand

  • BSI sieht Cybersicherheit durch CRA signifikant gestärkt

    BSI sieht Cybersicherheit durch CRA signifikant gestärkt

    Saugroboter, smarter Katzenfutterautomat, die meisten Apps auf mobilen Geräten oder Smart-TVs – die steigende Zahl vernetzter Hard- und Softwareprodukte bringt neben Komfort und Automation auch Risiken und neuartige Angriffsvektoren.

    mehr lesen: BSI sieht Cybersicherheit durch CRA signifikant gestärkt

  • Pavel Boháč wird Aimtec-CEO

    Pavel Boháč wird Aimtec-CEO

    Der Digitalisierungsspezialist Aimtec ernennt Pavel Boháč (35) zum neuen CEO. Er folgt auf die Unternehmensgründer Jaroslav Follprecht und Roman Žák, die nun als Aufsichtsräte fungieren.

    mehr lesen: Pavel Boháč wird Aimtec-CEO

  • Stimmung im Maschinenbau verschlechtert sich

    Stimmung im Maschinenbau verschlechtert sich

    Die Stimmung und die Aussichten im Maschinenbau haben sich laut aktueller VDMA-Konjunkturumfrage aus dem September merklich eingetrübt.

    mehr lesen: Stimmung im Maschinenbau verschlechtert sich

  • Erster photonischer Quantencomputer in Deutschland rechnet in Paderborn

    Erster photonischer Quantencomputer in Deutschland rechnet in Paderborn

    Auch wenn Quantencomputer seit einigen Jahren Gegenstand intensiver Forschung sind, ist es bisher nicht gelungen, ausreichend robuste Systeme zu realisieren.

    mehr lesen: Erster photonischer Quantencomputer in Deutschland rechnet in Paderborn

  • BuildingSmart International und IDTA unterzeichnen Kooperationsvereinbarung

    BuildingSmart International und IDTA unterzeichnen Kooperationsvereinbarung

    Die BuildingSmart International (bSI) und die Industrial Digital Twin Association (IDTA) wollen künftig auf gemeinnütziger Basis zusammenzuarbeiten, um eine offene digitale Interoperabilität in der Gebäudetechnik zu fördern.

    mehr lesen: BuildingSmart International und IDTA unterzeichnen Kooperationsvereinbarung