OPC-UA – einheitlicher Zugriff auf Maschinen und Geräten im Internet der Dinge

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So unterschiedlich die Einsatzgebiete des Internet der Dinge sind, so vielfältig sind auch die verwendeten Devices und Protokolle. In der Vergangenheit sind dadurch Insellösungen entstanden. Die Kommunikation dieser Lösungen untereinander stellt aufgrund von fehlenden Standards eine Herausforderung dar.

OPC und der Nachfolger OPC-UA sind im Industrieumfeld bereits weit verbreitet. Der myDatanet Server verfügt bereits seit Jahren über eine OPC Version. Mit der Version 49 ist nun auch ein myDatanet OPC-UA Server verfügbar.

ARA Thunersee hat die OPC-UA Schnittstelle als erster Kunde bereits erfolgreich im Einsatz und gibt Einblicke in das Projekt.

Was ist OPC?

OPC steht für „Open Platform Communications“ und ist eines der verbreitetsten Protokolle im Industrieumfeld. Es ermöglicht den einheitlichen Zugriff auf verschiedenste Maschinen, Geräte und andere Systeme. Insbesondere im Umfeld von Industrie 4.0 hat OPC einen wichtigen Stellenwert. Der Standard wird von der OPC-Foundation verwaltet.

Was ist OPC-UA?

OPC-UA ist der Nachfolger von OPC – heute auch als OPC-Classic bezeichnet. Das Kürzel „UA“ steht für „Unified Architecture“ – die Bezeichnung des neuen Standards. War OPC-Classic auf Basistechnologien von Windows angewiesen, basiert OPC-UA auf TCP/IP und kann plattformunabhängig eingesetzt werden.

Unterschied OPC-Classis und CPC-UA
Unterschied in der Kommunikation zwischen OPC-Classic und OPC-UA

Diese Festlegung auf die Windows-Plattform war eine Schwäche von OPC-Classic und hat auch die Verbreitung auf den immer mehr werdenden Plattformen (z.B. Linux, Web, Cloud) eingeschränkt. Daher war die Plattformunabhängigkeit einer der primären Ziele von OPC-UA. Die Umstellung auf TCP/IP hat weiters den Vorteil, dass die Kommunikation nun auch über übliche Firewalls gelenkt werden kann und somit eine bessere Kontrolle der Kommunikation möglich ist. Auch im Sicherheitsbereich wurde OPC-UA weiterentwickelt und bietet verschiedene Optionen für die Authentifizierung und Verschlüsselung.

myDatanet OPC-UA Server

Aufgrund der vielen Vorteile von OPC-UA wurde der myDatanet OPC Server für die OPC-UA Spezifikation neu entwickelt. myDatanet OPC-UA kann derzeit als Applikationsvorlage auf jede myDatanet Appliance, also jede myDatanet Instanz, installiert werden und macht eine Appliance zum OPC-UA Server. Es sind keine weiteren technischen Voraussetzungen notwendig.

Es ist geplant, den OPC-UA Server zukünftig auch als IoT-App im myDatanet AppCenter anzubieten.

In der aktuellen Version unterstützt myDatanet OPC-UA die Standards OPC-UA-DA und OPC-UA-HA jeweils für den Lesezugriff.

OPC-UA-DA

Das Kürzel “DA” steht für “Data Access” und ist die Basis-Funktion, die man sich von OPC erwartet. Mit DA kann auf einzelne Datenpunkte und deren Wert zugegriffen werden. Im Falle von myDatanet OPC-UA kann ein Lesezugriff auf die Hist-Daten und Config-Daten erfolgen. Dabei wird jeweils der letztgültige Wert ausgeliefert.

Die verfügbaren Datenpunkte werden automatisch aus den Einstellungen bzw. dem Blueprint einer Site generiert. Dadurch ist keine Konfiguration der Datenpunkte notwendig.

OPC-UA-HA

Das Kürzel “HA” steht für “Historical Access” und ermöglicht vergangene Daten eines Datenpunkts auszulesen. Nachdem in myDatanet historische Daten vorhanden sind, unterstützt myDatanet OPC-UA diese Funktion. Neben dem Datenpunkt kann der Client einen Zeitraum übergeben und erhält die passenden Daten zurück.

Der OPC-UA Standard sieht noch mehr Möglichkeiten vor. Dazu gehört beispielsweise der Schreibzugriff für OPC-UA Clients oder auch weitere Spezifikationen wie “Alarms & Conditions”. Diese werden derzeit nicht von myDatanet OPC-UA unterstützt.

Authentifizierung

Die Authentifizierung der OPC-UA Clients ist direkt mit der myDatanet Benutzerverwaltung verbunden. Damit ist das Rechte-Management vollständig integriert und erleichtert das Sicherheits-Management.

Der für die OPC-UA Anmeldung verwendete Benutzer hat die gleichen Rechte wie über die Anmeldung direkt auf der myDatanet Oberfläche. So wird beispielsweise festgelegt auf welche Daten / Site zugegriffen werden kann. Zusätzlich benötigt der Benutzer das Recht für den API-Zugriff, um OPC-UA zu nutzen.

Unterschiede zur Vorgänger-Version

Neben der grundlegenden Umstellung von OPC-Classic auf OPC-UA (und deren sich daraus ergebenden Vorteilen wie TCP/IP Kommunikation) unterstützt die neue Version den OPC-UA-HA Standard – d.h. den Abruf historischer Daten.

OPC-UA ist derzeit auf Lesezugriffe beschränkt. Die Vorgängerversion konnte auch Config-Daten schreiben.

USPs des myDatanet OPC-UA

  • Aufbauend auf der zuverlässigen rapidM2M-Kommunikation werden Geräte direkt in ein Industrieumfeld oder in OPC-UA kompatible Visualisierungen integriert.
  • Die Daten werden einmalig vom Gerät an den Server übertragen und können anschließend mehrfach genutzt werden. So sind die Daten auf der myDatanet-Oberfläche ersichtlich, können über die API abgefragt werden oder eben auch in einer OPC-UA basierten Visualisierung dargestellt werden.
  • Arbeitet ohne Adaption mit allen OPC-UA kompatiblen Clients zusammen (z.B. Scada Systeme wie WinCC). Für die Entwicklung und die Tests wurde der „UaExport“ Client verwendet.

Best Practice ARA Thunersee

Der Gemeindeverband ARA Thunersee sorgt für die kommunale Abwasserreinigung von 36 Schweizer Gemeinden in der Region von Thun. 123.000 Einwohner befinden sich im Einzugsgebiet der ARA Thunersee. Dabei zählt ARA Thunersee zu den modernsten Abwasserreinigungsanlagen in der Schweiz und besticht im internationalen Vergleich auf Grund des hohen Niveaus bei gleichzeitig kostensensitiver Arbeitsweise.

ARA Thunersee hat als Erster, die myDatanet OPC-UA Schnittstelle aktiv in den Betrieb übernommen. Als OPC UA-Client wird die Software “ACRON” von Industrial Automation eingesetzt. Diese Software ist auf Langzeitarchivierung sowie Datenauswertung und -analyse spezialisiert. ACRON holt die Daten über die myDatanet OPC-UA Schnittstelle ab und speichert diese in der eigenen Datenbank. Es waren keine Anpassungen auf Seiten von ACRON notwendig, um mit dem myDatanet OPC-UA Server zusammenzuarbeiten.

ACRON Konfiguration Clean
Verknüpfung in der ACRON Software mit dem OPC-UA Server von myDatanet | © ARA Thunersee
Schnittstelle ACRON Clean
Automatische Ermittlung der Datenpunkte im OPC-UA Client | © ARA Thunersee
Messstellennetz ARA Thunersee
Auswertung der Daten in der ACRON Software | © ARA Thunersee

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