Automatisierungstreff 2018

Kongresshalle, Böblingen

Sercos International präsentiert während des Automatisierungstreffs einen Use Case zum Thema Industrie 4.0.

Eine zentrale Rolle bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten spielen Informations- und Kommunikationstechnologien. Bussysteme in der Produktion müssen dabei nicht nur gewährleisten, dass Maschinen und Anlagen schnell, sicher und präzise produzieren. Darüber hinaus müssen sie einen durchgängigen Zugriff auf produktionsrelevante Daten von beliebigen Abteilungen und Standorten eines Unternehmens auf die Geräte der Feldebene ermöglichen. Allerdings wird der Anwenderwunsch nach einer firmenübergreifenden Vernetzung und einem durchgängigen Zugriff auf produktionsrelevante Daten der Feldebene durch die heterogene Buslandschaft in der Automation und fehlende, busübergreifende Standards erschwert. 

Zwar verwenden immer mehr Hersteller Industrial-Ethernet-Lösungen. Doch auch wenn die technischen Vorteile auf der Hand liegen, machen sie funktionierende Systeme auf Basis der traditionellen Feldbusse nicht automatisch obsolet. Darüber hinaus gibt es eine ganze Reihe konkurrierender Kommunikationsprotokolle, die zwar allesamt auf Ethernet basieren, aber in Bezug auf das Kommunikationsprotokoll und die eingesetzten Geräteprofile nicht kompatibel sind. Hinzu kommt, dass die meisten Kommunikationsprotokolle in einer gemeinsamen Netzwerkinfrastruktur nicht koexistieren können, ohne dass deren Performance und Echtzeitcharakteristik negativ beeinflusst wird.

Mit der OPC Unified Architecture (OPC-UA) Technologie etabliert sich nun ein universeller Kommunikationsstandard, der es erlaubt, Systeme von der Unternehmensebene bis hin zur Steuerungs- oder Feldebene miteinander zu vernetzen. OPC-UA kann nicht nur auf beliebigen Plattformen mit verschiedenen Programmiersprachen in Geräte integriert werden, sondern es können auch beliebig komplexe Systeme vollständig mit dem OPC-UA Informationsmodell beschrieben werden.  Doch obwohl OPC-UA faktisch ein Kommunikationsstandard ist, der sich von der Unternehmensebene bis hinab zur Feldebene erstreckt, gibt es zwei wesentliche Einschränkungen. Zum einen kann OPC-UA bestehende Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme nur dort ersetzen, wo keine hohen zeitlichen und deterministischen Anforderungen an die Kommunikation bestehen. Zum anderen legt OPC-UA nur fest, wie Daten beschrieben und ausgetauscht werden. Die eigentliche Bedeutung der Daten (Semantik) ist nicht festgelegt.

Mit dem Industrie 4.0 Demonstrator von Sercos International wird aufgezeigt, wie sich OPC-UA und Sercos^® ideal ergänzen. Prozess- und Gerätedaten werden dabei auf einheitliche und herstellerübergreifende Weise nicht nur lokal über den Echtzeitbus, sondern auch über OPC-UA für unterschiedliche Anwendungsszenarien zur Verfügung gestellt. Damit wird nicht nur der Datenaustausch zwischen Maschinenperipherie und übergeordneten IT Systemen vereinfacht. Auch die Anforderungen von Industrie 4.0 hinsichtlich einer semantischen Interoperabilität werden unterstützt.

Die Multiprotokollfähigkeit von Sercos III ermöglicht dabei verschiedene Realisierungsoptionen. Zum einen kann die OPC-UA Server-Funktionalität in eine Maschinensteuerung integriert werden. Die Steuerung fungiert in diesem Falle als Gateway, in dem das Mapping auf Sercos Dienste und Daten vorgenommen wird. Mit Sercos III ist es auch möglich, einen OPC-UA-Server direkt in ein Sercos Feldgerät (Antrieb, E/A-Station oder Sensor) zu integrieren. In diesem Falle wird das OPC Protokoll direkt zu dem jeweiligen Sercos Slave-Gerät durchgeroutet. Die Gateway-Funktionalität der Steuerung wird somit auf die Funktion eines Ethernet-Switch reduziert. Die Kommunikationsfähigkeit zwischen einem OPC Client und einem OPC-UA-Server bleibt aufgrund des Sercos Übertragungsverfahrens (kein Tunneln!) auch ohne laufende Sercos Kommunikation erhalten. 

Falls die Steuerung die Daten der angeschlossen Feldgeräte gefiltert bzw. aggregiert an die überlagerten OPC-UA Clients weitergeben will, kann in die Steuerung auch ein OPC-Client integriert werden, der die über Sercos eingesammelten Daten in aufbereiteter Form über einen OPC-UA-Server anderen OPC-UA-Clients zur Verfügung stellt.

Ganz unabhängig davon, ob OPC-UA mit oder ohne einem unterlagerten Echtzeitkommunikationssystem, wie z.B. Sercos oder Ethernet TSN, eingesetzt wird, können die von Sercos definierten Geräte- und Funktionsprofile mit OPC.UA kombiniert und somit weiterverwendet werden. Denn um Automatisierungsgeräte herstellerübergreifend im Sinne von Plug & Play kombinieren zu können, ist eine festgelegte Semantik unabdingbar. Die Abbildung der Sercos Profile auf OPC-UA wird in der OPC UA Companion Specification erarbeitet, welche die Abbildung von OPC-UA auf Sercos und vice versa beschreibt.

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