Opc-ua-standard kommt im Autoid-bereich an
Der neue Kommunikationsstandard wird heute von vielen Herstellern im Autoidbereich verwendet. Anwender fordern den verstärkten Einsatz in der Industrie
Im Jahr 2016 hat AIM-D in Kooperation mit der OPC Foundation einen neuen Kommunikationsstandard für AutoidGeräte entwickelt. Auf der vergangenen SPS IPC Drives in Nürnberg zeigte sich, das dieser Standard von vielen Geräteherstellern im gesamten Autoid-bereich verwendet wird. Auch die Anwender fordern verstärkt den Einsatz von OPC UA als Kommunikationsstandard in der Industrie.
Der AIM Arbeitskreis Systemintegration entschloss sich, motiviert von Siemens und Harting, im Jahr 2014 für die Definition eines neuen, zukunftsträchtigen technologieund herstellerunabhängigen Kommunikationsstandard für die Autoid-branche. Bislang galt, dass viele Geräte über proprietäre Schnittstellen kommunizierten. Zudem galten für unterschiedliche Technologien oft unterschiedliche Kommunikationsstandards. Auch Barcode oder UHF RFID hat einen Einfluss auf die Programmierung der Kommunikationsschnittstelle der anzubindenden Software.
Behälter, Leiterplatten, Automobilkarossen oder Krankenhausbetten: das alles und mehr wird heute dank Autoid-technologie automatisch identifiziert. Dies erfolgt in der Regel passiv ohne Wartungsarbeiten am Objekt – ein wichtiger Baustein, um die Automatisierungstechnik voranzutreiben. Mit UHF RFID (auch RAIN RFID genannt) erhält das Objekt sozusagen ein Gedächtnis. Informationen wie das Fertigungsdatum und die Firmware-version einer Leiterplatte können direkt, in diesem Beispiel an der Leiterplatte abgespeichert werden. Ohne Stromzufuhr, drahtlos abrufbar oder aktualisierungsfähig. Die Autoid-technologie ist heute ein selbstverständliches Werkzeug, um eine Gesamtlösung, beispielsweise ein automatisch arbeitendes Lagerlogistikzentrum, zu realisieren. Hierbei sind Kommunikationsbarrieren unerwünscht. Welche Autoid-technologie für welchen Zweck eingesetzt wird, sollte ebenfalls der Anwendungsfall entscheiden und nicht die Kommunikationsschnittelle des Autoid-gerätes. Zudem werden klassische Kommunikationsstrukturen, Stichwort Automatisierungspyramide, aufgebrochen. Ein Rfid-reader kommuniziert heute direkt mit einem Erp-system wie auch mit einer SPS an der Produktionsstraße.
Autoid als Basistechnologie für Industrie 4.0
Motiviert von diesen Ideen und Anforderungen hat sich der Aim-arbeitskreis „Systemintegration“(SI) entschlossen, eine Kommunikationsschnittstelle auf Basis von OPC UA zu definieren. OPC UA ist einer der Standards für die Realisierung von modernen Kommunikationsarchitekturen und wird auch in den Rami-spezifikationen der Bundesregierung für Industrie 4.0 gelistet. Zudem wird OPC UA bereits von vielen Sps-lösungen und Softwaresystemen unterstützt. Eine Kommunikation zur Maschine wie auch zum Datenbanksystem in der Cloud ist so einfach zu realisieren. OPC UA ist der Kommunikationsstandard der Automatisierungsbrache. Es gibt nahezu keinen Anbieter in dieser Branche, der heute nicht eine Opc-ua-schnittstelle anbietet.
Dank der objektorientierten Struktur von OPC UA konnte ein gemeinsamer Kommunikationsstandard für die verschiedenen Autoid-technologien entwickelt werden. Gemeinsamkeiten, wie eine Scan-methode
für die einfache Erkennung einer ID, können so in übergeordneten Klassen definiert werden. Spezifische Ausprägungen können in hieraus abgeleiteten Klassen für die einzelnen Autoid-technologien umgesetzt werden. Durch diesen Mechanismus können auch herstellerspezifische Erweiterungen eingepflegt werden, ohne die grundlegende Funktionalität in Frage zu stellen.
Sicherheitsmechanismen bereits integriert
Die Kommunikationssicherheit ist ein wichtiges Thema, denn isolierte Kommunikationssysteme gibt es in der Fertigung oder Logistik immer seltener. Die vertikale wie horizontale Integration von Autoidsystemen ist heute entscheidend, um eine Gesamtlösung entstehen zu lassen. OPC UA bietet integriert bereits diverse Sicherheitsmechanismen. Diese wurden auch vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) getestet. Das BSI hat hierbei bestätigt, dass in OPC UA bereits Mechanismen zur Umsetzung einer sicheren Datenkommunikation integriert sind: „OPC UA wurde unter Sicherheitsaspekten entwickelt und enthält keine systematischen Sicherheitslücken“.
Für Autoid-systeme ist dieser Aspekt nicht zu vernachlässigen. Schließlich arbeiten auf Grundlage der über Autoid kommunizierten Daten komplette Maschinen und Prozesse weitestgehend autonom. Das Thema Sicherheit betrachten auch die Mitglieder des Verbands AIM-D als wichtig. Der Verband hat daher 2018 den Arbeitskreis „Autoid & Security“gegründet, der Handlungsempfehlungen für die sichere Verwendung von Autoid erarbeitet. 2016 stellte AIM-D e.v. die neue OPC Unified Architecture for Autoid Companion Specification auf der Hannover Messe vor. Die ersten am Markt verfügbaren RAIN-RFIDGERÄTE von Siemens und Harting wurden in einer Demo-applikation auf dem Messestand der OPC Foundation gezeigt. Eine direkte Kommunikation, zum Beispiel bis zur Microsoft Azure Cloud, ist kein Problem.
OPC UA immer wichtiger in der Automobilindustrie
OPC UA hat seit 2016 noch mehr an Bedeutung gewonnen. Der Beitritt von Volkswagen in die OPC Foundation 2018 zeigt, dass auch die Automobilindustrie, eine der Schlüsselbranchen in Deutschland beziehungsweise Europa, die, OPC UA für wichtig hält. So fand bei Volkswagen in Wolfsburg im Mai 2019 ein Informationstag zu OPC UA für Automobilzulieferer statt. Dies zeigt auch, dass die Anwender der Autoidtechnologie den Opc-ua-standard einfordern.
Die im Jahr 2016 veröffentlichte OPC Unified Architecture for Autoid Companion Specification ist inzwischen von vielen Autoid-herstellern in die Geräte integriert worden. Wie am Stand der OPC Foundation auf der SPS IPC Drives 2018 zu sehen war, sind inzwischen Barcode-, HF- und Uhf-geräte mit Opc-ua-schnittstelle verfügbar. Hier zeigt sich, dass eine einheitliche und sichere Datenkommunikation zu unterschiedlichen Geräten auf Basis von OPC UA bereits Realität ist. Natürlich unterscheiden sich die Autoidgeräte der einzelnen Hersteller weiterhin, nur der Datenaustausch ist vereinheitlicht. Dies vereinfacht auch die Einbindung der Autoid-technologie. Dank „eingebauter Sicherheit“wird eine sichere Kommunikation gewährleistet, was den Ausbau der Automatisierung hin zu Industrie 4.0. beschleunigt.
Vereinfachung der Schnittstelle
Der Arbeitskreis Systemintegration beendete seine Arbeit natürlich nicht im Jahr 2016. Kontinuierlich arbeiten die Teilnehmer an der Erweiterung und Verbesserung der Schnittstellenspezifikation. Ein Kernthema ist die Vereinfachung der Schnittstelle für weitere Anwendungsszenarien, um die Umsetzung und die Schnittstellenintegration zu beschleunigen und unnötige Hürden abzubauen. So kann in Zukunft das Scannen eines einzelnen Objekts über Variablen erfolgen. Funktionsaufrufe sind nicht mehr erforderlich, wodurch sich der Implementierungsaufwand auf ein Minimum reduziert.
Ein weiteres wichtiges Thema ist die Integration von Sensordaten. So wird die RAIN-RFID-TECHNIK immer häufiger zur Übertragung von Sensorwerten genutzt. Hierbei kann ein Objekt eindeutig identifiziert, zusätzliche Daten ausgelesen und geschrieben und der aktuelle Zustand des Objektes abgefragt werden. Anwender können Informationen, ob das Getriebe zu heiß, die Karosserie feucht oder der Container sicher verriegelt ist, dadurch direkt abfragen – häufig sogar batterielos, also passiv und ohne zusätzliche Wartung.
Die einzelnen Technologien wie Sensorik und Autoid verschmelzen immer mehr. AIM-D hat diesen Aspekt 2018 im Arbeitskreis „RFID & Sensorik“aufgegriffen. Die Ergebnisse und Empfehlungen des Arbeitskreises werden auch bei der Erweiterung der auf OPC UA basierten Schnittstelle berücksichtigt. Zudem gibt es einen internationalen Austausch mit den Verbänden RAIN und AIM North America. Auf der Hannover Messe 2019 präsentierte AIM-D gemeinsam mit der OPC Foundation das neue Release der „OPC Unified Architecture for Autoid Companion Specification“. Erste Ergebnisse der Arbeitspakete sind hier bereits enthalten.