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 Enstehung und Ziele von OPC UA minimieren

OPC ist unbestritten einer der erfolgreichsten de-facto Standards seit der Erfindung des Computers. Mit weit über 20.000 OPC Produkten von über 3.500 verschiedenen Herstellern und weltweit vielen Millionen Installationen OPC basierter Produkte in der Fertigungs- und Prozessindustrie, Gebäudeautomation und vielen anderen Branchen, ist OPC der unangefochtene Standard für den interoperablen Austausch von Daten zwischen Softwareanwendungen unterschiedlicher Hersteller. OPC ermöglicht die Automatisierung des Datentransfers von einem Anlagenbereich zu einem anderen. OPC Schnittstellen bilden eine komfortable und leistungsfähige Verbindung von Automatisierungskomponenten mit Steuerungshardware und Feldgeräten und überbrücken die Unterschiede heterogener Automatisierungswelten. Die OPC Technologie wird heute praktisch für alle Arten der Datenerfassung, der vertikalen und horizontalen Datenintegration und des Datenmanagements eingesetzt. OPC ist das entscheidende Bindeglied für HMI/SCADA Systeme zur Prozessvisualisierung, für Prozessleitsysteme und PC basierte SPSen zur Steuerung von Prozessen ebenso wie für MES und ERP Systeme zur Anbindung an unterlagerte Automatisierungskomponenten. Über die OPC Schnittstelle werden längst nicht mehr nur Prozessdaten oder einzelne Parameter übertragen. Ganze Warenwirtschaftsdokumente, Parametersätze, Steuerungssequenzen oder Antriebsprogramme werden über OPC transportiert.

Never Touch a Running System – Wofür ein neues OPC?

OPC ist weltweit etabliert, erfolgreich und bewährt. Was also motivierte die OPC Foundation zu der Einführung der OPC Unified Architecture? Ist OPC UA ein „neues OPC“? Wird OPC UA Classic OPC ablösen? Welche Vorteile gegenüber Classic OPC bietet die Unified Architecture?

Erste Überlegungen zu der neuen OPC Architektur gehen bereits auf das Jahr 2003 zurück, als die Alarms&Events Arbeitsgruppe der OPC-Foundation an der nächsten Generation der AE Spezifikation und ihrer Migration zu Web Services arbeitete. Diese Überlegungen führten Ende 2003 zur Gründung einer ganz neuen Arbeitsgruppe. Zunächst war es das primäre Ziel dieser Arbeitsgruppe, den Zugriff auf Prozessdaten (Data Access), Alarme und Ereignisse (Alarms&Events) sowie historische Daten (Historical Data Access) so auf Web Services umzusetzen, dass dieser auf einheitliche Art und Weise möglich ist. Eine Architektur der Vereinheitlichung, die Unified Architecture, kurz OPC UA, war geboren. Mitarbeiter von 30 zum Teil führenden Industrieunternehmen arbeiteten unter der Regie der OPC Foundation über einen Zeitraum von über fünf Jahren an der neuen OPC Architektur. Neben der Portierung von Classic OPC auf Web Services und des „Unifiyings“ von DA, AE und HDA, sind viele weitere Anforderungen an das neue OPC UA hinzugekommen, die die OPC Foundation in Marktuntersuchungen und zahlreichen Befragungen von OPC-Anwendern, System Integratoren und Herstellern in Erfahrung gebracht hat. Daraus resultierend hat die OPC Foundation folgende Leitlinien und Hauptziele definiert:

–      Keep it simple:
die Anwendung der UA Technologie in Form von UA Komponenten soll trotz der Vielzahl an funktionalen Anforderungen und Komplexität einfach sein.

–      Evolution statt Revolution:
Terminologie, Objektmodelle und die wesentlichen Kommunikationsprinzipien von Classic OPC sollten weiterbestehen; Investitionen in die Entwicklung von Classic OPC Produkten sollen durch deren weitere Verwendbarkeit geschützt werden.

–      Plattformunabhängigkeit und Skalierbarkeit:
kein DCOM mehr als Technologiebasis, sondern eine Service orientierte Architektur (SOA) für den Einsatz der OPC Technologie auf der IT Ebene oder in embedded Systemen

–      Zugriffsschutz:
Schutz vor Spionage, Sabotage und Fehlern aufgrund von unachtsamen Verhaltens

–      Datensicherheit:
robuste Architektur, zuverlässige Kommunikationsmechanismen, Redundanzkonzepte und weitere Maßnahmen zur Vermeidung von Datenverlust

–      Starke Performance:
schlanker, leistungsfähiger Datentransport zur Erfüllung höchster Performanceanforderungen

Mit OPC UA wurde nicht nur eine neue Version des Schnittstellenstandards OPC geplant. OPC UA ist die Vision von einer „globalen“ Interoperabilität, einem standardisierten Datenaustausch zwischen Softwareanwendungen, unabhängig von welchem Hersteller sie stammen, in welcher Programmiersprache sie entwickelt wurden, auf welchem Betriebssystem sie laufen oder an welchem Ort sie sich befinden.

Neue Möglichkeiten mit OPC UA

OPC UA ergänzt den existierenden OPC Industriestandard um wesentliche Eigenschaften wie Plattformunabhängigkeit, Skalierbarkeit, Hochverfügbarkeit, Internetfähigkeit und weitere. Insbesondere die Plattformunabhängigkeit und Skalierbarkeit ermöglichen die Realisierung ganz neuer, kostensparender Automatisierungskonzepte. Embedded Feldgeräte, Prozessleitsysteme, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Gateways oder Operator Panels können schlanke OPC UA Server Implementierungen enthalten, die direkt auf Betriebssysteme wie embedded Linux, VxWorks, QNX, RTOS oder andere portiert wurden. Ein separater Windows PC für den OPC Server, der bisher den Zugang zu den Daten auf Geräten mit Nicht-Windows Plattformen bot, ist nicht mehr erforderlich. OPC UA Komponenten können aber auch in informationstechnischen Systemen eingesetzt werden, in Warenwirtschaftssystemen (WWS/ERP), Produktionsplanungs und –steuerungs Software und anderen eBusiness Anwendungen mit Unix Betriebssystemen wie Solaris, HP-UX, AIX und anderen.

Diese viel breitere Einsetzbarkeit der OPC UA Technologie ermöglicht die Realisierung ganz neuer vertikaler Integrationskonzepte. Durch Kaskadierung von OPC UA Komponenten können Informationen sicher und zuverlässig von der Fabrikhalle bis in das Produktionsplanungs- oder ERP-System transportiert werden. Dabei werden embedded UA Server auf der Feldebene über Client- und Server-fähige UA Komponenten auf der Automatisierungsebene mit integrierten UA Clients in ERP-Systemen auf der Unternehmensleitebene verbunden. Die jeweiligen UA Komponenten können dabei geografisch verteilt und ohne weiteres durch Firewalls voneinander getrennt sein.

OPC UA löst Classic OPC nicht ab. DCOM basierte OPC Produkte und UA Produkte können koexistieren. Die Migrationsstrategie der OPC Foundation ermöglicht die Kombination von Classic OPC und OPC UA Produkten. Auf diese Weise kann die installierte Basis mehrerer Tausend Classic OPC Produkte von Anfang an mit den neuen OPC UA Produkten eingesetzt werden. Dies bringt dem Anwender Vorteile, da er beliebige Produkte unterschiedlicher Hersteller für die Kommunikation im Intranet – wie bisher – aber auch für die Kommunikation über das Internet verwenden und diese zukünftig auf verschiedenen Plattformen skalieren kann.

OPC UA bietet Standardisierungsorganisationen die Möglichkeit, UA Dienste (UA Services) als Transportmechanismus für ihre Informationsmodelle zu verwenden. Dazu arbeitet die OPC Foundation mit verschiedenen Standardisierungsgruppen wie der PLCopen, ISA (Instrumentation, Systems and Automation Society), MIMOSA (Machinery Information Management Open Systems Alliance), ECT (EDDL Cooporation Team) und weiteren an sogenannten Companion Standards (werden in Folge 5 der ‚OPC UA-Serie’ besprochen). Innerhalb dieser Kooperationen legt die OPC Foundation fest, „wie“ die Daten transportiert werden, während die kooperierenden Organisationen definieren, „was“, d.h. welche Daten und Information gemäß der standardisierten Informationsmodelle transportiert werden sollen.

In kompakter Form veröffentlicht im österreichischen Fachmagazin für Automatisierung, http://www.austromatisierung.at/

Teil 1: Status OPC UA
Teil 3: 10 Gründe für OPC UA
Teil 4: Sepzifikationen
Teil 5: Companion Standards
Teil 6: OPC UA Compliance Test
Teil 7: Toolkits
Teil 8: Ausblick


    
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