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Ein ernstzunehmender Kandidat

Experteninterview über Bedeutung von OPC UA für Industrie 4.0
Ein ernstzunehmender Kandidat

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Der Schnittstellen-Standard OPC UA ermöglicht den hersteller-, betriebssystem- und busunabhängigen Datenaustausch von der Unternehmensleitebene bis hinab in die Feldebene. Wegen seiner Offenheit und Durchgängigkeit wird OPC UA als ein wichtiges Tool für die Realisierung von Industrie 4.0 gesehen. Dieser Standard ist äußerst umfassend und komplex und erfordert beim Anwender detaillierte Kenntnisse. Worin liegt letztendlich die genaue Bedeutung für zukünftige, auch verteilte Automatisierungslösungen und wie wird die Entwicklung bei OPC UA weitergehen?

elektro Automation: OPC UA ist ein Standard, der von einer zunehmenden Zahl von Hard- und Softwareanbietern unterstützt wird. Bisher ist die Akzeptanz allerdings noch immer gering. Was könnten die Gründe dafür sein?

Düker (Certec): In der Tat bietet eine solide Basis von Hardware-Herstellern bereits die Option der Ankopplung über OPC UA an. Da wir ein Verfechter des OPC-UA-Standards sind, freuen wir uns Jahr um Jahr, weitere Mitstreiter z.B. unter den Steuerungsanbietern zu finden. Der Anwender kann hierbei in Kombination mit unserem Scada-Produkt atvise, das auf Basis von OPC UA umgesetzt wurde, die vielen Vorteile nützen, die dieser Standard bietet. Somit würde ich jetzt nicht sagen, dass die Akzeptanz auf der Angebotsseite gering ist. Man hat klar erkannt, dass der Markt diese technologischen Neuerungen braucht. Auch staatliche Förderungen motivieren dabei Fortschritte zu liefern. Vielleicht sollte man das aber überdenken – denn das Angebot selbst ist ja nur eine Seite des Marktes. Würde man stattdessen eine Art Abwrackprämie für veraltete Technologie im Bereich von Anlagen oder Prozessen einführen, würde die Akzeptanz eine ganz andere Ausgangsbasis bekommen.
Hoppe (Beckhoff): Bei Bedienoberflächen lokal an der Maschine reicht häufig das bewährte OPC DA classic – es wird einfach aus der Retorte reproduziert. Vielen – auch im Kernbereich Automatisierung – sind der Unterschied und die Vorteile zwischen dem bisherigen OPC DA classic und OPC UA nicht klar. Die Adaption im Feld steigt aber enorm – vor allem und zuerst in den sehr kleinen Embedded-Geräten und den dezentralen Anwendungen wie Building Automation, Wasserwirtschaft, Smart Metering, generelles M2M.
Kominek (MatrikonOPC): Es stimmt, die Automatisierungsindustrie hat ein paar Jahre gebraucht, um sich der Bedeutung von OPC UA bewusst zu werden und sich mit der neuen Spezifikation vertraut zu machen. Doch für MatrikonOPC ist es inzwischen deutlich zu spüren, dass OPC UA in der Industrie schnelle Verbreitung findet. Viele Unternehmen in der Automation setzen bereits auf OPC UA oder planen, zukünftig OPC UA als alternative Lösung in Betracht zu ziehen. Ein Großteil der Hersteller sieht in OPC UA die Zukunft der industriellen Automatisierung. Entsprechend werden bereits zahlreiche Produkte und Lösungen basierend auf OPC UA entwickelt.
Pogacean (Softing): Wenn man bedenkt, dass Gespräche über einen einheitlichen OPC-Standard im Jahr 2005 begannen und 2009 eine erste Version der OPC-UA-Spezifikationen veröffentlicht wurde, könnte man sagen, dass die Akzeptanz noch immer gering ist. Wir sehen das allerdings anders. OPC UA ist nicht einfach nur ein Upgrade zum klassischen OPC-Industriestandard: OPC UA bringt eine Menge innovativer Konzepte mit, die in einer gut strukturierten, aber verhältnismäßig komplexen Architektur organisiert sind. Da dauert es einfach ein wenig, bis man sich hineinfindet. Unserer Ansicht nach ist eine zögerliche Akzeptanz normal bei einem so großen Schritt von einer bewährten, „good enough” Classic-OPC-Technologie hin zu modernster „state of the art“-Technologie, die den meisten Herausforderungen von heute gewachsen ist und durch ihre Erweiterbarkeit auch für die Herausforderungen von morgen gerüstet ist. Es sind klare Marktsignale dahingehend erkennbar, dass OPC UA sich unwiderruflich durchsetzen wird. Daher sind wir davon überzeugt, dass über den Schneeballeffekt die Nachfrage steigen wird.
Winzenried (Wibu): Ich stimme nicht zu. OPC UA wird bereits von vielen Herstellern unterstützt und weitere arbeiten daran. Wir bei Wibu-Systems arbeiten auch an der Unterstützung von OPC UA, um mit CodeMeter, rein softwarebasiert oder mit unserer SmartCard-basierten industrietauglichen Hardware, Schlüssel sicher speichern zu können. Die Integration von Authentifizierung und Datenverschlüsselung in der Automatisierungstechnik ist neu und benötigt noch etwas Zeit, bis Anwender diese Mechanismen richtig verstehen. Außerdem sind Lösungen in der Automatisierung, egal ob im Maschinen- und Anlagenbau oder in der Gebäudeautomatisierung, sehr langlebig. Bis neue Systeme in der Breite im Feld integriert sind, wird daher noch etwas Zeit vergehen. Dafür bin ich mir sicher, dass der Einsatz nachhaltig sein wird.
elektro Automation: OPC DA, HDA und AE sind in der Industrie weit verbreitet. Welche Möglichkeiten bieten sich dem Anwender zur Migration und ist eine Migration immer sinnvoll?
Düker (Certec): Für Anlagen, die nicht oder kaum Änderungen unterworfen sind, macht es nur wenig Sinn. Genau diese Antwort erhalten wir oft in Erstgesprächen bei Kunden. Doch diese Einschätzung ist nicht immer ganz objektiv: keiner möchte Altbewährtes einfach entsorgen, wenn er nicht unbedingt muss. Es hilft dann meist, gemeinsam mit dem Kunden kritisch zu hinterfragen, welche Vorteile eine Migration bringt, wenn es um zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten sowie Einsparungspotenziale geht, die man so nicht gesehen hat. Gewisse positive Eckpunkte, die sich durch eine Migra-tion auf OPC UA ergeben, sind in jedem Fall ein Gewinn an Kompatibilität, sicherlich Einsparungen im Engineering sowie eine Vereinfachung der IT-Infrastruktur allein schon durch TCP/IP. Wer sich mit dem Thema ernsthaft befasst, tritt meist einen Prozess in Gang, der sicherlich zu mehr Wettbewerbsfähigkeit führt.
Hoppe (Beckhoff): Beim Design von OPC UA wurde viel Wert auf eine Migrationsstrategie gelegt: So gibt es für Mitglieder der OPC Foundation Wrapper von OPC DA zu OPC UA und umgekehrt. Das reicht für das minimale Ziel „Prozessdaten übertragen“ – alle Killerfeatures wie Security, Datenmodellierung, Aufruf von Methoden etc. funktionieren aber nicht. Für mich bedeutet der Einsatz eines Wrappers somit, dass jemand geschlafen hat, zeitlich passend sein Produkt mit UA auszustatten. Die beiden UA-Pusher und Early Adapter Siemens und Beckhoff hatten erste Produkte im Jahr 2008 auf dem Markt – beide mit einem Neuansatz ohne Wrapper.
Kominek (MatrikonOPC): Heutige Implementierungen, die auf dem klassischen OPC beruhen, können vom Anwender sicherlich auf absehbare Zeit auch weiterhin genutzt werden. Durch die aktuelle Entwicklung des Themas Industrie 4.0 stellt sich jedoch die Frage, ob Unternehmen nicht heute schon strategisch darauf hin arbeiten sollten, die Datenkommunikation von der Anbindung nativer Geräte bis hin zur Geschäftsebene mit OPC UA zu gewährleisten. Die zügigste Umstellung beinhaltet die Komplettmigration, welche die Ablösung von OPC classic durch eine umfassende Umstellung auf OPC UA impliziert. Durch Lösungen, wie den Universal Connectivity Server (UCS) von MatrikonOPC, erhalten Nutzer über einen einzigen Server die sichere Konnek-tivität mit allen gängigen Steuersystemen und -anwendungen. Eine Alternative bietet die Teilmigration. Mit dieser können Anwender wie gewohnt bestehende Produkte beliebiger Hersteller, die rein auf OPC classic basieren, betreiben und diese beispielsweise über sogenannte OPC UA Wrapper mit OPC UA verbinden. Für neue Implementierungen können dann Lösungen mit integrierter OPC UA-Schnittstelle eingesetzt werden. So behält der Anwender OPC classic bei und bindet OPC UA je nach Bedarf und Möglichkeiten schrittweise ein.
Pogacean (Softing): Eine offene und transparente Strategie der Abwärtskompatibilität für die bestehende installierte Basis ist von entscheidender Bedeutung für den Erfolg des OPC-UA-Standards. Auf der Spezifikationsebene war eine echte Abwärtskompatibilität aufgrund der Grundprinzipien von OPC UA – nämlich Plattform- bzw. Transportunabhängigkeit – nicht möglich. Die OPC Foundation erkannte diese Notwendigkeit und entwickelte daher Konzepte und Prototyp-Implementierungen zur Gewährleistung von Abwärtskompatibilität mit dem Ziel, die Entstehung einer tiefen Kluft zwischen dem alten und dem neuen Protokoll während der Spezifikationsphase von OPC UA zu verhindern. Inzwischen sind für Endbenutzer bzw. OEMs Gateway-Produkte auf dem Markt erhältlich, die OPC-UA-basierten Systemen einen einfachen Zugriff auf bestehende Anlagen bieten. Natürlich sollten die neuen Systeme im Idealfall nur OPC UA nutzen, aber da dies in Wirklichkeit eher unwahrscheinlich ist, wird ein Migrationsplan sich letztendlich rechnen.
Winzenried (Wibu): Anwender, die eine neue Lösung anfangen, sollten diese immer mit OPC UA realisieren, um alle Möglichkeiten zu nutzen. Für bestehende Lösungen ist eine Migration oft sinnvoll, da die Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden können, wenn sie OPC-UA-fähig gemacht werden. Dies ist nicht so schwierig, denn ein Migrationspfad für klassische OPC-Lösungen ist vorhanden. Hierfür gibt es Standardtools, eine Art Wrapper der OPC-Foundation, sowie kommerzielle Lösungen.
elektro Automation: OPC UA ist auch Basis der aktuellen FDT-Spezifikation. Welchen Einfluss nimmt OPC UA auf die weiteren Entwicklungen bei FDI – basierend auf FDT und EDDL? Könnte es FDI unter bestimmten Bedingungen sogar ersetzen?
Hoppe (Beckhoff): FDI kombiniert verschiedene Technologien zu einem neuen Standard für Gerätekonfiguration. EDDL dient als Beschreibungssprache für ein spezifisches Gerät zur Integration in einen generischen FDI-Konfigurationsserver. FDT ermöglicht die Integration ausprogrammierter Konfigurationsoberflächen für ein Gerät und OPC UA dient zur Modellierung der Geräte im Konfigurationsserver und als Kommunikationsprotokoll zwischen Konfigurationsserver und -clients. FDI als Ganzes kann also OPC UA nicht ersetzen. Es wäre lediglich möglich, das Modell und einen OPC-UA-Server für den Zugriff auf das Konfigurationsmodell direkt in ein Gerät zu integrieren, dann wären nicht alle Teile von FDI notwendig.
Kominek (MatrikonOPC): Im Vordergrund von OPC UA steht das Ermöglichen einer offenen Kommunika- tion. Die Kollaboration mit anderen gängigen Industriestandards spielt hierfür eine entscheidende Rolle. Ziel ist es, Endanwendern einen unternehmensweiten Austausch von Informationen ohne großen Aufwand zu erlauben. Entsprechend hat die OPC Foundation bereits Kollaborationen mit einer Reihe von Organisationen geschlossen, wobei nicht auf Verdrängung, sondern auf Zusammenarbeit gesetzt werden soll.
Pogacean (Softing): Da OPC UA Möglichkeiten zur Modellierung des Adressraums von Haus aus mitbringt, kann damit innerhalb von Server-Anwendungen nicht nur auf die Daten an sich zugegriffen werden, sondern auch auf Metadaten, die die Daten selbst beschreiben. Außerdem lässt sich OPC UA dank seiner Plattformunabhängigkeit und Skalierbarkeit nun auf einfache Weise in Geräte integrieren. Feldgeräte mit OPC-UA-Funktionalität können neben den eigentlichen Prozessdaten gleichzeitig auch ihre interne Datenstruktur sowie ihre Konfiguration und Gerätebeschreibung an OPC-UA-Clients liefern. OPC UA kann erfolgreich als Basistechnologie für die Gerätebeschreibung, Online-Parametrierung und Diagnose eingesetzt werden. Diesen Weg haben mehrere OPC UA Companion Standards wie DI, ADI und PLCopen bereits geebnet. Die OPC-UA-Spezifikation zielt nicht auf Geräte Parametrierung. Folglich kann es FDI (FDT) nicht ersetzen. Eine Standardisierung auf der Anwendungsebene wie mit FDI kann nur mit Hilfe eines OPC-UA-Com- panion Standard erreicht werden.
Winzenried (Wibu): Diese Frage stellt sich meines Erachtens nicht. FDI und OPC arbeiten in einer gemeinsamen Entwicklung zusammen. Technisch ist es eher ein Ergänzen und nicht ein Ersetzen. In FDI wird OPC UA als Protokoll verwendet.
elektro Automation: Viele Experten der Automatisierungsbranche sehen in OPC UA ein wichtiges Element für die Realisierung von Industrie 4.0. Worin liegt die genaue Bedeutung für zukünftige Automatisierungslösungen? Wie wird bzw. muss sich der Standard OPC UA weiterentwickeln?
Düker (Certec): Nahtlose Interoperabilität ist für alle Bereiche wichtig. Davon hängen wettbewerbsfähige Engineering-Prozesse und wartbare Ergebnisse ab. Viel transparenter wird dies, wenn man sich die Frage stellt, was passiert, wenn sich kein Standard durchsetzt? Ein Beispiel: Wie würde unsere Welt heute aussehen, hätte es nicht in den ´80ern einen gemeinschaftlichen Willen gegeben, eine neue Industrie auf Basis des Telekommunikationsstandards GSM zu etablieren. Der ganzheitlich durchdachte Standard hat den Grundstein für eine Vielzahl von weitergehenden Diensten geliefert, die da noch gar nicht absehbar, noch vorstellbar waren. Ein Standard der sich durchsetzt, reduziert die Gefahr der Monopolisierung und ermöglicht technologische Neuerungen, da einfach der Blick für Wesentliches nicht durch irgendwelche Inkompatibilitäten verstellt wird.
Hoppe (Beckhoff): Bei Industrie 4.0 melden sich ja viele zu Wort. Der Aspekt zentrale oder dezentrale Steuerungstechnik ist zum Beispiel kein Hauptthema von Industrie 4.0: Ob irgendwelche Softwareagenten von verschiedenen Herstellern dezentral auf vier CPUs verteilt sind oder auf einem Multicore-PC jeder Agent seinen eigenen Core bekommt, ist eine mittelmäßig spannende Diskussion. Die leistungsstarke CPU produziert aber schneller, genauer und kann früher abgeschaltet werden. Aus Kommunikationssicht geht es allerdings letztlich darum, wie diese Agenten, also Applikationen und Dienste, miteinander Daten und Informationen austauschen können. Wer mitdenkt, kommt zum Schluss, dass reine Connectivity nicht ausreicht: Niemand will immer wieder neu Adapter für neue Agenten schreiben, um mit deren Schnittstellen interagieren zu können. Nicht Connectivity, sondern eben Interoperability ist der Schlüssel für die Umsetzung von Industrie 4.0. Interoperability ist die Kern-Vision der OPC Foundation seit der Gründung – OPC UA ist die einzige Technologie, die neutral in Bezug auf Hersteller- und Betriebssystem die Skalierbarkeit vom Sensor bis in die IT-Welt mit integrierter Security bietet. Viele in den Industrie-4.0-Gremien denken noch, UA ist einfach ein Protokoll, verkennen aber, dass UA eine Modellierung für einen komplett objektorientierten Austausch von Daten, Metadaten und Methodenaufrufen ermöglicht. Die SPS-Hersteller haben nun auch UA-Client-Funktionalität in die Steuerungsebene integriert, die SPS kann nun also selber als intelligentes Gerät Daten in die Cloud schieben oder Dienste im MES-System aufrufen. Was also fehlt konkret für Industrie 4.0? Es sind die Organisationen, die festlegen, wie sich eine Säge und ein Brett zu erkennen geben. Es geht also um die Beschreibung der Semantik. Wenn das geschaffen wäre, könnte sich das Brett auch selber die geeignete Säge suchen.
Kominek (MatrikonOPC): Als die weltweit am weitesten verbreitete standardbasierte Methode für Datenkonnektivität wird OPC UA eine entscheidende Rolle beim Wandel hin zur Industrie 4.0 spielen. Bereits OPC classic, der Vorgänger von OPC UA, hat eine offene Datenkonnektivität ermöglicht – OPC UA treibt dieses Konzept weiter voran. Ein Beispiel ist die Entwicklung hin zu Plattform- und Betriebssystemunabhängigkeit. Damit kann OPC UA direkt in Geräte, Sensoren und Controller eingebettet werden. Ein weiteres Beispiel ist die integrierte, leistungsstarke Modellierung, die es OPC UA ermöglicht, Daten von verschiedenen, nicht kompatiblen und offenen Standards aus unterschiedlichen Bereichen zu transferieren. Industrie 4.0 hängt vorrangig davon ab, Daten zwischen allen Systemen innerhalb eines Unternehmens verfügbar zu machen – damit rückt OPC UA in den Mittelpunkt.
Pogacean (Softing): OPC UA ist in der Tat ein ernstzunehmender Kandidat, um im Rahmen von Industrie 4.0 der Kommunikationsstandard für vertikale und teilweise auch für horizontale Integration zu werden. OPC UA bietet eine schnelle, sichere und zuverlässig einheitliche Kommunikation – einerseits innerhalb von Systemen und andererseits zwischen heterogenen Systemen. OPC UA verfügt über standardisierte Modellierungsfähigkeiten, die als Grundbausteine für das Internet der Dinge dienen und damit den sogenannten Smart Devices die Möglichkeit geben, offen zu kommunizieren und ihre Merkmale und Fähigkeiten zu veröffentlichen. Dadurch spart man Zeit und Aufwand nicht nur beim Einsatz, sondern auch bei der Inbetriebnahme und Diagnose. Auf Basis des „Plug&Work“-Prinzips können Systeme bzw. Subsysteme von Smart Factories ausgetauscht werden, wodurch eine hohe Flexibilität und Anpassbarkeit der Prozesse erreicht wird. Daher sollte der OPC-UA-Standard durch Companion Standards erweitert werden, mit denen die Modellierung von Smart Devices und die Unterstützung für das Internet der Dinge realisiert werden können.
Winzenried (Wibu): In offenen vernetzten Industrie-4.0-Lösungen muss gegenüber Mini-Insellösungen Security implementiert werden. Dies leistet OPC UA. Daher ist OPC UA wichtig. Ganz kleine Geräte, die nicht ausreichend Ressourcen für die Security Funktionen haben, werden auch nicht mit vielen Clients 30 oder mehr Verbindungen gleichzeitig unterstützen, weshalb diese nicht in offenen Netzen eingesetzt werden sollten. Teile der OPC-UA-Funktionalität mit einfacher Verschlüsselung und Authentifizierung sollten auch in den OPC-Nano- und Micro-Stacks realisiert werden. Dies ist noch keine zwingende Anforderung der OPC Foundation. Daran arbeiten ascolab und Wibu-Systems in einem gemeinsamen Projekt. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Verteilung der Schlüssel und Zertifikate. Hier arbeiten wir bei Wibu-Systems an einer Lösung, die es erlaubt, dies zu automatisieren.
industrial.softing.com

INFO-TIPP
Ausführliche Informationen zum aktuellen OPC-UA-Standard bietet die Seite:
www.opceurope.org

DIE EXPERTEN
  • Ronald Düker ist Head of Product Marketing bei der Certec EDV in Eisenstadt/A
  • Stefan Hoppe ist Produktmanager Twincat bei Beckhoff Automation in Verl und Präsident der OPC Europe
  • Darek Kominek ist Marketing Manager bei MatrikonOPC in Köln
  • Cristian Pogacean ist Product Manager bei Softing Industrial Automation in Haar
  • Oliver Winzenried ist Vorstand der Wibu-Systems in Karlsruhe und Vorsitzender des Vorstands der VDMA-Arbeitsgemeinschaft Produkt- und Know-how-Schutz
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