Jeder Hersteller von Produkten will möglichst eigene Produktvorteile generieren und eine Vermischung mit anderen Technologien bzw. Produkten von anderen Herstellern erschweren oder vermeiden. Dieser Satz ist spätestens seit dem verstärkten Bestreben, systemübergreifende Mehrwerte zu generieren, in dem die Informationen über die Systemgrenzen ausgetauscht werden, falsch. Ohne diesen systemübergreifenden Austausch ist die nächste Stufe der Automatisierung nicht zu erreichen. Der Industrie-4.0-Gedanke, aber auch schon die IoT-Philosophie setzt auf Interoperabilität von Einzelsystemen.
Dennoch muss festgehalten werden, dass insbesondere in der Auto-ID-Branche, die eine der Basistechnologien für den automatisierten Austausch von Informationen mit Objekten darstellt, die Interoperabilität bisher vernachlässigt wurde. Zumindest was die Datenkommunikation der Lese-/Schreibeinheiten angeht. Beispielsweise kann kaum ein Rechner-System oder eine SPS mit einem RFID-Reader von Hersteller X kommunizieren, nur weil es bereits den Reader des Herstellers Y ansprechen kann. Noch nicht einmal die Basisfunktionen, wie das Erkennen einer neuen ID, lassen sich verwenden. Bei einer Vermischung unterschiedlicher Auto-ID-Technologien, also z. B. Barcode mit RFID, sieht es nicht besser aus.
Wenn die Interoperabilität bei der Integration von Basistechnologie zur Realisierung der Verschmelzung von realen Objekten und Prozessen mit der IT-Welt schon ins Stocken gerät, kann das Ziel Industrie 4.0 nur mit deutlichen Umwegen erreicht werden. Im Jahr 2014 war dies die Motivation der Mitglieder des AIM-D-Arbeitskreises Systemintegration. Harting und Siemens brachten damals den Stein ins Rollen, mit der Idee eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle für Auto-ID-Geräte auf Basis von OPC UA zu spezifizieren. Dieser Vorschlag wurde vom gesamten Arbeitskreis aufgegriffen – schnell stand fest, eine OPC Unified Architecture (OPC UA) Companion Specification für Auto-ID-Geräte soll definiert werden. Hierin sollen die Basisfunktionen der einzelnen Auto-ID-Technologien wie RFID, 2D- und 3D-Code-Erkennung, OCR und RTLS abgebildet werden. Hiermit soll die Integration von Auto-ID-Technologien vereinfacht bzw. beschleunigt werden.
Der Standard OPC UA
OPC UA ist heute eine der zukunftsweisenden Technologien zum Aufbau einer Kommunikationsschicht, welche auch in der RAMI-Spezifikation (der Industrie-4.0-Spezifikation) referenziert wird. 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. Dank des objektorientierten Ansatzes von OPC UA können besonders leicht herstellerspezifische Eigenschaften der einzelnen Geräte 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. Das komplette Datenmodell eines Kommunikationsteilnehmers kann abgefragt werden. Hierbei werden nicht nur Funktionen und Variablen ermittelt, sondern ebenso die verwendeten Datentypen (Metadaten). So können auch unbekannte Kommunikationsteilnehmer sehr einfach in die Infrastruktur integriert werden.
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, 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 unterschiedlicher Hersteller in neue Anwendungen integriert werden. Dies spart Zeit und erhöht den Investitionsschutz von Kunden.
OPC UA für die Auto-ID-Branche
Nach dem Startschuss im Jahr 2014 wurde auf der Hannover Messe im gleichen Jahr das ehrgeizige Ziel des AIM-D-Verbandes bekannt gegeben, schon im Jahr 2015 einen ersten Release Candidate der Companion Specification für Auto-ID-Geräte zu veröffentlichen. Gleichzeitig wurde eine Kooperation mit der OPC Foundation besiegelt. Der Arbeitskreis, in dem die namenhaften Gerätehersteller aus Deutschland bzw. Europa, aber auch Forschungsinstitute und Systemintegratoren mitwirken, arbeitete effizient und zielgerichtet. Das offizielle erste Release der „OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification“ ist seit der Hannover Messe 2016 verfügbar. Hiermit existiert nun ein zukunftsfähiger Standard für die einheitliche Kommunikation mit Auto-ID Geräten vor, dem bereits mehrere Hersteller von unterschiedlichsten Auto-ID-Produkten folgen.
Die breite Akzeptanz in der Automatisierungstechnik von OPC UA, losgelöst von der Auto-ID-Branche, zeigt bereits heute Wirkung. Die ersten verfügbaren UHF-RFID-Reader mit integrierter OPC-UA-Kommunikationsschnittstelle nach Companion Specification werden gezielt nachgefragt. Die ersten Projekte von Harting mit dem Ha-VIS RF-R310 wurden noch im Jahr 2016 gestartet. Die Bandbreite der Integration ist hier wie erwartet groß – von der SPS-Kommunikation bis zur Cloud System Integration ist alles gefragt.
RFID-Daten in die Microsoft-Azure-Cloud
Bidirektionale Interoperabilität unterschiedlicher Feldgeräte mit einer Cloud-Anwendung demonstriert Microsoft in seinen Technologiezentren. OPC UA als etablierter und offener Standard zeigt sich im konkreten Aufbau einer Demowand als heterogene Beispielfabrik mit Komponenten von neun namhaften Automatisierungsspezialisten. Harting ist mit seinem UHF-RFID-Reader Ha-VIS RF-R310 dank der integrierten OPC-UA-Fähigkeit mit vertreten. An 40 Standorten weltweit wurde durch die OPC Foundation eine Live-Demo installiert, bei der verschiedene Feldgeräte mit der Azure-Cloud von Microsoft kommunizieren. Auch eine vertikale Kommunikation zwischen den Feldgeräten ist möglich. Egal welcher Hersteller, egal welches Betriebssystem, dank der gemeinsamen Kommunikation via OPC UA ist der Datenaustausch unkompliziert realisierbar.
Darüber hinaus hat Harting selbstverständlich auch Anwendungen, bei denen die RFID-Daten nur in einer SPS verarbeitet werden sollen. Auch dies ist mit OPC UA möglich. Besonders einfach und effizient immer dann, wenn die SPS bereits einen OPC-UA-Client gemäß Companion Specification für die Auto-ID-Geräte umgesetzt hat. Mit dieser einmaligen Implementierung können dann automatisch alle Auto-ID-Geräte, die nach diesem Standard kommunizieren, angebunden werden, nicht nur das Harting-Gerät.
Mit seiner offenen modularen Plattform MICA, auf der auch der Ha-VIS RF-R300 basiert, ist Harting im Bereich der Sensor- und Auto-ID-Datenverarbeitung angesiedelt. OPC UA ist hierbei selbstverständlich nur ein Kommunikationsstandard von vielen, welcher unterstützt wird – aber sicherlich einer der zukunftsträchtigsten für die Automatisierungsbranche. ge
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