OPC UA | Odla morgondagens åker

Om det är upp till skaparna av OPC UA Standarder är tänkta att vara proprietära nätverksprotokoll snart vara ett minne blott. Fler och fler tillverkare av kommunikationsteknik erbjuder redan produkter med en tillverkaroberoende OPC UA-anslutning. Här kan du ta reda på vad som är aktuellt med framtida teknik och vilka nya produkter som kommer ut på marknaden.

innehåll

• OPC UA – öppet för alla
• Produkter med OPC UA-anslutning
  • CAQ-system
  • kodare
  • Edge Computing
  • Gateway
  • IP-Link master
  • IO-modul
  • PLC-kontroll
  • RFID-gränssnitt
  • Säkerhetsbroms
  • Säkerhetskontroll
  • temperaturkontrollenhet
• Nyheter om OPC UA
  • PI tillkännager OPC UA Companion specifikation för Profinet
  • Tekniskt arbete med OPC UA Safety slutfört
  • En kommunikationsstandard för Auto ID-enheter
  • OPC UA TSN-etableringen fortskrider - video

• OPC UA grunderna 
  • Vad står OPC UA för?
  • Vad är TSN?
  • Vad betyder OPC UA över TSN?

 

OPC UA – öppet för alla 

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) utvecklades för att protokoll mångfald under fältbussar skicka till historien. Detta blir mer och mer nödvändigt eftersom IIoT (Industrial Internet of Things) gör kommunikationen i Industry 4.0-fabriken så komplex att nätverk med hundratals noder i fält är dagens ordning.

Maskiner och system i den digitala produktionshallen med många olika nätverkskomponenter såsom styrenheter, sensorer, ställdon mm måste kopplas ihop via de olika fältbussar kommunicera. Gateways och switchar säkerställer ett smidigt utbyte, men driftsättnings- och underhållskostnaderna ökar enormt. Och ju fler spelare som arbetar på fältet, desto mer felbenägen blir den övergripande konstruktionen.

Den öppna standarden OPC UA, tillsammans med den också öppna nätverksstandarden TSN (Time Sensitive Networking), kommer att revolutionera fältbusstekniken. Med OPC UA över TSN kommer de egenutvecklade fältbussarna att försvinna, förutom några specifika applikationer där de då fortfarande kan visa sina respektive fördelar.

Produkter med OPC UA-anslutning

Fler och fler tillverkare erbjuder sina produkter med ett OPC UA-gränssnitt, vilket gör dem mer kommunikationsförmåga. Här presenterar vi de nya utvecklingarna:

---

CAQ-system

En enkel integration i automatiserade produktionsprocesser och samspelet med maskin- och systemstyrning är idag oumbärliga förutsättningar för universell användning av CAQ-system. En smidig integration av mätteknik och testteknik i produktions- och automationsprocessen är en del av det SonicTC av RTE akustik underlättade. CAQ-systemet är också förberett för OPC UA-klienten och LIN BUS (NI-Xnet, Babylin) kommunikation.

---

kodare

den Magnetisk rotationsgivare av serierna EAM580 och EAM360 Baumer arbeta särskilt tillförlitligt och med hög precision. De magnetiska absolutroterande kodarna arbetar med en vinkelnoggrannhet på ±0,15 grader och möjliggör därmed exakt positionering i applikationen. Kommunikationsstandarden OPC UA stöds också. Detta säkerställer ett reaktionsfritt och säkert datautbyte mellan olika system. 

---

Edge Computing

En mer lämplig lösning för OT / IT-integration erbjuda den nya intelligenta edge-datortekniken. Dessa teknologier utgör ett mellanskikt mellan verkstadsgolvet och affärssystemen på högre nivå. De erbjuder ett enkelt gränssnitt mellan IT- och OT-världen samt nya alternativ för var dataanalysen äger rum. Edgeberäkningslösningen Melipc av Mitsubishi Electric erbjuder denna funktionalitet och är OPC UA-kompatibel.

---

Gateway

Insys Icom visar hur det industriella IoT redan förändras med det nya Smarta IoT-gateways för en mängd olika användningsfall från datainsamling till edge computing till professionellt fjärrunderhåll. De stöder alla vanliga protokoll som krävs av branschen. Gatewayen gör maskiner och system säkra, kostnadseffektiva och permanent lämpade för Industry 4.0. Den integrerar etablerade industriella protokoll som OPC UA eller Siemens S7/S5.

---

IO-Link master

Pepperl + Fuchs kan vara det första företaget IO-Link master med ett OPC UA-gränssnitt, vilket banar väg för konsekvent, transparent och sömlös kommunikation från den lägsta fältnivån till molnet. Automationsspecialisten har tagit över Comtrol Corporations verksamhet, en pionjär inom Ethernet-baserad industriell kommunikation och en ledande leverantör av IO-Link-masters. Detta stärker Peppel+Fuchs position som systemleverantör inom området IO-Link.  

---

IO-modul

den I/O-systemfält i skyddsklass IP67 från Wago integrerar snabba, Ethernet-baserade fältbussar som Profinet, teknologier som OPC UA eller webbservrar och, i framtiden, MQTT som ett kommunikationsprotokoll, till exempel för att ansluta till molnet. Dessutom är systemet förberett för TSN, nyckeltekniken för konsekventa, flexibla, kraftfulla och säkra nätverk. Field I/O-systemet stöder alla större Ethernet-, fältbuss- och industriella IoT-standarder.

---

PLC-kontroll

B Maxx PLC mc från Baumüller styr applikationer för rörelsestyrning och kan, tack vare tillverkarens omfattande teknikbibliotek, användas snabbt och enkelt för högpresterande uppgifter inom automation. Med Industry 4.0-varianten B Maxx PLC IoT data kan samlas in direkt på maskinen, förbehandlas och matas ut till andra slutenheter eller molnet. En OPC UA-byggkloss ingår också, vilket säkerställer interoperabilitet på maskinnivå.

---

RFID-gränssnitt

Turck presenterar nya IIOT-funktioner för sina RFID-gränssnitt med OPC UA Server. De IP67 RFID-gränssnitt är utrustade med en gratis firmwareuppdatering för barriärfri kommunikation i Industrial Internet of Things (IIoT). Detta gör att du enkelt kan identifiera och spåra produkter, till exempel. Med AutoID Companion Specification V. 1.01 säkerställer OPC-servrarna smidig direktkommunikation med MES, SPS, ERP eller molnsystem.

---

Säkerhetsbroms

Med en extra bräda och en anpassad Kommunikation-Gränssnitt som Ethernet, WLAN, OPC UA eller optisk kan minska kopplingstiderna för säkerhetsbromsar från Mayr övervakas. Från bromsövervakning slutsatser kan dras om slitaget. Felanalys och optimering är också möjlig om andra systemkomponenter jämförs med varandra vad gäller hållström, temperatur, resistans, spolspänning, temperatur, resistans eller effekt.

---

Säkerhetskontroll

den Schmersal Gruppposer med säkerhetskontrollanten Skydda PSC1 med en integrerad OPC UA-server, en ny lösning lämplig för Industry 4.0. Anslutningen av PSC1 till det industriella maskin-till-maskin-kommunikationsprotokollet gör att omfattande information från tillverkarens produkter kan inkluderas i ett tillverkaroberoende datautbyte i framtiden. Dessutom kan de ge underhållsinformation om maskinerna och systemen.

---

temperaturkontrollenhet

I fokus av Regloplas är nätverket av temperaturkontrollenheterna och deras integrering i datautbytet av industriell produktion. Den senaste generationen temperaturkontrollenheter kan kopplas samman med formsprutnings- och andra plastmaskiner via kommunikationsprotokollet OPC UA och kopplas till plasttillverkningens centrala styr-, PPC-, MES- eller ERP-system via OPC UA.

Detta är kraven för en kontinuerligt datautbyte i det högautomatiserade, digitaliserade plastbearbetning skapas. Integrationen gäller inte bara behovsbaserad styrning, utan även visualisering och dataanalys: En central dashboard skapar transparens i processen. Det tillåter t.ex. B. anpassning av parametrar till aktuella krav och visualiserar alla relevanta processdata.

Varje temperaturkontrollenhet har en egen OPC-klient server och är därför fullt kapabel till integration, t.ex. B. i PPS, MES eller ERP- Användarens system. Dessutom är det standardiserade gränssnittet kompatibelt med andra standard industriprotokoll och bussystem som Ethernet/IP, Profibus, Profinet, Modbus, Powerlink. Kommunikation kan också ske över platser via molnet. 

Nyheter om OPC UA

De aktörer som är involverade i OPC UA standardutveckling arbetar i arbetsgrupper, organisationer eller tillverkare oberoende i företag med avancerad teknik. Hur? Följande artiklar visar detta: 

PI tillkännager OPC UA Companion specifikation för Profinet

02.06.2020/XNUMX/XNUMX | Profibus + Profinet International tillkännager den första OPC UA Companion specifikation för Profinet. Den beskriver en standardiserad OPC UA-objektmodell för enheterna på kommunikations standarder. Detta innebär att dessa Profinet-enheter från en mängd olika tillverkare kan använda enhetliga enhetsdata, t.ex. B. överförs till tillgångshanteringssystem.

Standardisering gör det lättare att samla in information från alla tillverkare. Enligt PI är detta bara början på PI: s strategi för vertikal integration.

många Bransch 4.0-applikationer baseras på data från butiksgolvet i IT-system och i driftsfasen för ett system cloud som ska överföras där de utvärderas. I det enklaste fallet är det enhetsinformation som serienummer eller firmware för en enhet. Om diagnosdata för nätverk eller enheter kan fastställas kan de gå mycket längre.

Minska ansträngningar och kostnader för datainsamling

Från detta kan underhålls- och diagnostiska planer utarbetas eller tillgänglighetsinformation kan härledas. PI vill ha en öppen standard för Profinet-enheter. Det är avsett att definiera ett brett utbud av information i standardiserade objektmodeller som tillverkare enkelt kan integrera i sina enheter och systemoperatörer och systemintegratörer kan använda. Detta minskar också ansträngningen och kostnaderna för datainsamling.

---

Ethernet APL | Aktuell status, applikationer och implementering

---

Det gör ingen skillnad under implementeringen om OPC UA-servern finns direkt på enheten eller a skiktad kant Gateway eller en styrenhet samlar data för flera Profinet-enheter. I vilket fall som helst får användaren en homogen representation av informationen. Profinet drar nytta av den grundläggande egenskapen som, utöver realtidstrafik, kan andra TCP / IP-kanaler drivas parallellt.

Tekniskt arbete med OPC UA Safety slutfört

16.12.2019 | Redan i ett tidigt skede Profibus + Profinet International (PI) för OPC UA som en öppen, tillverkaroberoende standard för maskin-till-maskin-kommunikation. Men för att avrunda tekniken har det hittills saknats en standard för felsäker kommunikation på denna nivå. Detta löser specifikationen "OPC Unified Architecture Part 15: Safety", en gemensam utveckling av OPC Foundation och PI. Det tekniska arbetet är nu klart.

Eftersom Introduktion av fältbussar modulariseringen av anläggningar var en drivkraft bakom tekniken. Enskilda maskiner kunde därmed utvecklas oberoende av varandra och endast tas i drift tillsammans på systemet. Med OPC UA finns nu en teknik i startgroparna som är oberoende av de som används fältbussnätverk mellan tillverkare mellan maskinerna i maskinen.

Hittills har OPC UA dock inte haft möjlighet att överföra felsäker data, som man är van vid från fältbussar med Profisafe. Säkerhetsfunktioner måste därför utföras konventionellt med direktkablar eller kopplingar. Detta ökar ansträngningen och minskar flexibiliteten.

Det tekniska arbetet med OPC UA Safety är nu färdig. Nästa steg är utvecklingen av en testspecifikation och ett mjukvaruverktyg för det automatiska testet. Detta inkluderar även upprättandet av ett certifierings- och godkännandeförfarande analogt med Profisafe. Detta är förutsättningen för en snabb och enkel säkerhetscertifiering av produkter som implementerar OPC UA Safety.

Fallstudier för demonstrationen

Å andra sidan skapas fallstudier för att demonstrera de nya funktionerna i OPC UA Säkerhet att demonstrera. Detta inkluderar förenklad hantering av säkra adresser för seriemaskiner och möjligheten att kunna kommunicera med olika partners via en och samma anslutning under körning. Vidare specificeras en OPC UA-mappare för Pub/Sub för att kunna implementera säkerhetsfunktioner med höga krav på svarstiden.

Denna första specifikation utgör grunden för mer omfattande informationsmodeller Därefter har arbetsgruppen satt sig målet att modellera energihanteringsdata i OPC UA på grundval av Profienergy. Ytterligare krav finns redan i förtydligningsfasen. Arbetsgrupperna arbetar också nära tillsammans för övergripande OPC-specifikationer som Base Network Information Model och Device Integration.

En kommunikationsstandard för Auto ID

30.07.2019/2016/XNUMX | XNUMX har AIM-D Association i samarbete med OPC Foundation släppt en ny kommunikationsstandard för Auto ID-enheter. De senaste SPS IPC-enheterna i Nürnberg visade att denna standard accepteras av många enhetstillverkare och deras användare över hela Auto ID-spektrumet. Harting var i båten redan från början.

Motiveras av siemens och Harting AIM-arbetsgruppen för systemintegration beslutade 2014 att definiera en ny, lovande, teknik- och tillverkaroberoende kommunikationsstandard för Auto ID-branschen (automatisk identifiering och datainsamling). Hittills har många enheter kommunicerat via proprietära gränssnitt. Dessutom tillämpas ofta olika kommunikationsstandarder för olika teknologier. Med andra ord, vare sig streckkod eller UHF, RFID hade också inflytande på programmeringen av kommunikationsgränssnittet för programvaran som skulle anslutas. Dessa omständigheter hade vuxit historiskt.

Auto-ID som basteknik för 4.0-industrin

Behållare, kretskort, bilkarosser, sjukhussängar och mycket mer kan nu identifieras automatiskt tack vare Auto ID-tekniken – oftast helt passivt utan något underhållsarbete på objektet. Med UHF RFID (även kallat RAIN RFID) själva objektet ges ett minne. Information som tillverkningsdatum och firmwareversion av ett kretskort kan lagras direkt, i detta exempel på kretskortet, utan strömförsörjning, kan hämtas trådlöst eller kan uppdateras.

den Auto ID-teknik är nu ett självklart verktyg för att skapa en helhetslösning, t.ex. B. att förverkliga ett automatiskt fungerande lagerlogistikcenter. Kommunikationsbarriärer är oönskade. Vilken Auto ID-teknik som används för vilket ändamål bör också avgöras av applikationen och inte av Auto ID-enhetens kommunikationsgränssnitt. Dessutom bryts klassiska kommunikationsstrukturer som automationspyramiden upp. Idag kommunicerar en RFID-läsare direkt med ett affärssystem samt med en PLC på produktionslinjen.

Motiverad av dessa idéer och krav, den AIM arbetsgrupp att definiera ett kommunikationsgränssnitt baserat på OPC UA. OPC UA är en av standarderna för implementering av moderna kommunikationsarkitekturer och är också listad i RAMI-specifikationerna för den federala regeringen i ämnet Industry 4.0. Dessutom stöds OPC UA redan av många PLC:er och mjukvarusystem. Kommunikation med maskinen och databassystemet i molnet är så lätt att implementera. OPC UA är automationsindustrins kommunikationsstandard. Det finns nästan ingen leverantör för denna industri och nästan ingen maskintillverkare som inte redan idag erbjuder ett OPC UA-gränssnitt.

Tack objektorienterad struktur OPC UA är mycket väl lämpad för att utveckla en gemensam kommunikationsstandard för en mängd olika Auto ID-teknologier. Likheter som en skanningsmetod för enkel igenkänning av ett ID kan definieras i klasser på högre nivå. Specifika egenskaper kan implementeras i klasser härledda från detta för de individuella Auto ID-teknikerna. Med denna mekanism kan även tillverkarspecifika tillägg baserade på standarden läggas in utan att ifrågasätta den gemensamma grundläggande funktionaliteten.

Säkerheten installerades direkt

Kommunikationssäkerhet är också en viktig fråga. Isolerade kommunikationssystem blir också allt mer sällsynta inom produktion och logistik. Som redan nämnts är den vertikala och horisontella integrationen av Auto ID-system avgörande idag för att skapa en helhetslösning. OPC UA erbjuder redan olika integrerade alternativ säkerhetsmekanismer.

---

Energieffektivt radionät för Industry 4.0-fabriken

---

Detta testades också av Federal Office for Information Security (BSI). BSI har bekräftat att OPC UA redan erbjuder integrerade mekanismer för att implementera säker datakommunikation. BSI säger: "OPC UA utvecklades under säkerhetsaspekter och innehåller inga systematiska säkerhetsluckor". Denna aspekt bör inte försummas för Auto ID-system. När allt kommer omkring, baserat på data som kommuniceras av AutoID-systemet, fungerar kompletta maskiner och processer i stort sett självständigt.  

Medlemmarna i AIM-föreningen ansåg generellt att ämnet säkerhet var viktigt, inte bara när det gäller kommunikation med PLC:er eller datorsystem. AIM Germany har därför en egen arbetsgrupp under 2018 AutoID+Säkerhet grundad. Denna arbetsgrupp tar fram rekommendationer för åtgärder för hur man använder Auto ID-teknik på ett säkert sätt.

Under 2016 presenterade AIM Germany den nya OPC Unified Architecture for Auto ID Companion Specification på Hannover Messe innan. De första RAIN RFID-enheterna på marknaden från Siemens och Harting var i ett demoapplikation demonstrerade vid OPC Foundations monter. Direkt kommunikation, till exempel till Microsoft Azure Cloud, är inget problem. Gränssnittsspecifikationen är fritt tillgänglig för alla på begäran på info@aim-d.de. På så sätt kan alla PLC:er och backend-system integrera detta gränssnitt direkt.

OPC UA har fått ännu större betydelse sedan 2016. Tillträdet av Volkswagen Grupper i OPC Foundation 2018 visar att en av nyckelsektorerna i Tyskland och Europa, fordonsindustrin, också anser OPC UA vara viktig. Den 21 maj 2019 anordnar Automation Initiative of German Automobile Manufacturers (AIDA), tillsammans med Association of German Machine and Plant Manufacturers (VDMA), i samarbete med OPC Foundation, en OPC UA informationsdag för billeverantörer på Volkswagen i Wolfsburg. Detta visar också att användare av Auto ID-teknik kräver OPC UA.

Auto ID-enheter med OPC UA-gränssnitt

OPC Unified Architecture for Auto ID Companion Specification publicerad 2016 har nu integrerats i enheterna hos många Auto ID-tillverkare. Som man kunde se på OPC Foundations monter på SPS IPC Drives i november 2018, finns nu streckkods-, HF- och UHF-enheter med ett OPC UA-gränssnitt tillgängliga. Vi har för närvarande olika Auto ID-teknologier, men en gemensam kommunikationsstandard. En uniform, säker datakommunikation till en mängd olika enheter från olika tillverkare är alltså en realitet baserad på OPC UA, den framtidssäkra kommunikationsstandarden inom automationsbranschen.

---

Scada-system idag? Det beprövade över tid

---

Naturligtvis fortsätter de individuella tillverkarnas Auto ID-enheter att skilja sig åt. Enheterna har tillräckliga differentieringsmöjligheter. Endast utbytet av data är standardiserat. Detta förenklar integrationen av Auto ID-teknik. Tack vare inbyggd säkerhet Vid rätt användning ökar kommunikationssäkerheten. Detta påskyndar expansionen av automatisering mot Industri 4.0.

Arbetsgruppens framtida arbete

Systemintegrationsarbetsgruppen avslutade dock inte sitt arbete under 2016. Deltagarna arbetar ständigt med att utöka och förbättra gränssnittsspecifikationen. Arbetsuppgifterna här är varierande. Ett kärnämne är förenklingen av gränssnittet för - ur Auto ID-synpunkt - enklare tillämpningsscenarier. Detta bör påskynda implementering och gränssnittsintegration och ta bort onödiga hinder. I framtiden kan en enkel skanning av ett enskilt objekt utföras enbart via variabler. Funktionsanrop behövs inte längre. Implementeringsinsatsen reduceras till ett minimum.

En annan viktig fråga är integrering av SensorDaten. I synnerhet används RAIN RFID-tekniken mer och mer för att överföra sensorvärden. På så sätt kan objekt tydligt identifieras, ytterligare data kan läsas ut och aktuell objektstatus kan avfrågas. Information om huruvida transmissionen är för varm, kroppen är fuktig eller behållaren är säkert låst kan också frågas direkt. Ofta även utan batterier - d.v.s. passivt och utan ytterligare underhållsarbete. De enskilda teknologierna smälter samman mer och mer. Klassisk sensorteknik och Auto ID växer tillsammans.

AIM Tyskland tog även upp denna aspekt i en extra arbetsgrupp "RFID+Sensorer" 2018. Resultaten och rekommendationerna från denna arbetsgrupp beaktas givetvis även när det OPC UA-baserade gränssnittet utökas. Det finns också ett internationellt utbyte via RAIN eller AIM North America Association.

Den senaste utgåvan av OPC Unified Architecture for Auto ID Companion Specification av AIM Germany i samarbete med OPC Foundation har presenterats på Hannover Messe 2019. De första resultaten av ovannämnda arbetspaket inkluderas redan här.

Etableringen av OPC UA TSN fortskrider

28.11.2017-XNUMX-XNUMX | Utdrag från OPC UA TSN Presskonferens: representanter för ABB, Hirschmann, Bosch Rexroth, B+R, Cisco, Hilscher, National Instruments, Phoenix Contact, Schneider Electric, SEW-Eurodrive, TTTech och de internationella konsortierna Avnu Alliance, Industrial Internet Consortium och OPC Foundation förklarade vid en gemensam presskonferens på SPS IPC-enheter i Nürnberg sin roll i att uppnå det gemensamma målet att säkerställa interoperabiliteten för industriella enheter baserade på OPC UA över tidskänsliga nätverk (TSN). 

OPC UA grunderna 

Vad står OPC UA för?

OPC UA är en kommunikationsprotokoll för industriell automation, vilket möjliggör säker, plattformsoberoende och tillverkaroberoende dataöverföring. Den kan överföra information om maskinstatus, mätdata, processparametrar och annan industrirelaterad data. Dataöverföringen är semantisk och inte längre dimensionslös. Tack vare sin öppna arkitektur erbjuder protokollet sömlöst nätverk av enheter från olika tillverkare. OPC UA är därför av avgörande betydelse för Industry 4.0.

Vad är TSN?

Vad betyder OPC UA över TSN?

OPC UA över TSN kombinerar funktionerna hos OPC UA och TSN till en enhetlig kommunikationslösning för industriell automation. Om OPC UA implementeras via TSN blir OPC UA datamodellen och kommunikationslager, medan TSN som transportmedium används för dataöverföring i realtid. Det betyder: interoperabilitet, realtidskommunikation, säkerhet och framtidssäkerhet. Sammantaget förenklar OPC UA över TSN det industriella kommunikationslandskapet avsevärt och banar väg för ett enhetligt, säkert och pålitligt kommunikationssystem för framtidens fabrik.

FÖRFATTARINFORMATION