OPUS//OPC - Maschinenanbindung leicht gemacht

OPC – das steht für „Open Platform Communications“

OPC ist das wohl wichtigste Kommunikationsprotokoll für eine professionelle Industrie 4.0 und IoT-Implementierungen. Mittels OPC wird der Zugriff auf Maschinen, Geräte und viele andere industrielle Systeme standardisiert und damit ein uniformer und zugleich hersteller-unabhängiger Datenaustausch ermöglicht. 

OPUS//G hat sein neues Software-Paket zur Maschinenanbindung fertiggestellt. Dieses neue Standard-Framework innerhalb unserer OPUS//Suite gestattet den Geschäftsprozessen des WMS bzw. MES den Datenaustausch mit externer Automatisierung. Hierbei ist insbesondere auch eine Kommunikation über die OPC UA Schnittstelle, aber auch über andere Technologien, wie etwa MQTT enthalten. „UA“ steht für “Unified Architecture” und bezeichnet die neuste Spezifikation dieses internationalen Standards. Er wird heute von nahezu allen Anbietern moderner Automatisierungstechnologie angeboten. Mittels unseres Frameworks ist es möglich, auf einfachste und sichere Art, beliebige Informationen aus Steuerungen auszulesen bzw. an diese zu senden. Das Framework stellt dabei die Datenintegrität und Datenkonsistenz sicher.

Was bedeutet die OPC-Anbindung für Unternehmen?

Dank des flexiblen OPUS//OPC UA können selbst beliebig komplexe Objektnetze effizient und sicher aufgebaut werden. In der Praxis bedeutet dies im Normalfall die sehr individuelle Kommunikation autonomer, prozessautomatisierter Maschinen mit ihren jeweiligen Partnersystemen. 

Konkurrenzfähigkeit mit OPUS//OPC stärken

Der hohe Grad der Automatisierung durchdringt zunehmend alle Unternehmensteile 

Ein Beispiel:
Die Vernetzung von Produktionsautomatisierung mit dem Auftragsmanagement und dem Warehouse-Management.
 Ein Kundenserver sendet Auftragsdaten an ihr Order-Management und dieses die geplanten Fertigungsaufträge direkt an Ihren Maschinenverbund in der Fertigung. Die involvierten Maschinen übermitteln ihren individuellen Nachschub-Bedarf an das WMS, welches seinerseits eine Kommissionierungsrobotik veranlasst, die benötigten Teile automatisiert vom Lager zu den jeweiligen Übergabepunkten an den Produktionsmaschinen zu transportieren.

Vielfältige Möglichkeiten:

Das Beispiel einer ganzheitlichen unternehmensinternen Produktion lässt sich weiter entwickeln: Die fortschreitende Automatisierung des Gütertransports mit künftig autonomen Transportern erlaubt eine selbst organisierende Logistik zwischen Unternehmen sowie zu Endkunden – das eigene IoT (Intranet of Things) bindet sich ein in das globale Internet der Dinge.

OPUS//G stellt hierfür schon jetzt die Weichen, damit unsere Kunden auch zukünftig wettbewerbsfähig und immer Up-to-Date bleiben

OPUS//OPC - Leistungsumfang und Möglichkeiten

Das Paket zur Maschinenanbindung an OPUS//WMS oder OPUS//MES ist als umfangreiches Framework realisiert, um beliebige Informationen der WMS- und MES-Prozessen mit externen Maschinen auszutauschen. Das Framework ermöglicht eine Kommunikation zu den Maschinen über OPC UA, MQTT folgt in Kürze. 

Grundfunktionalitäten der Maschinenanbindung

Das Kernstück des Pakets ist das Basis-Framework zur Maschinenanbindung. Dieses stellt sämtliche Funktionalitäten bereit, um Operationen auf Maschinen und Sensoren auszuführen, also um dort Daten auslesen oder schreiben zu können. Hierfür stehen verschiedene Prozess-Integrationsvarianten zur Verfügung:

Zyklische Ausführung

 Werte, die zyklisch erfasst und protokolliert werden – z.B. soll die Ofen-Auslauf-Temperatur als Zeitreihe zusammen mit der aktuellen Ausbringung für einen gerade aktiven MES-Auftrag protokolliert werden. Dies kann mittels der im Framework vorhandenen Standardfunktionen einfach und schnell abgebildet werden.

Ereignisbasierte Ausführung (asynchrone Verarbeitung)

 Für Ereignisse an Maschinen und deren hierdurch ausgelöste Meldungen lassen sich durch asynchrone Verarbeitungen behandeln. Diese ermöglichen es z.B. nach Eintreten eines beliebigen Ereignisses auch beliebig komplexe Geschäftsprozesse, wie z.B. die Nachreservierung und Anlieferung von Rohmaterial anstoßen. Hierbei findet die Bearbeitung in OPUS//WMS oder OPUS//MES asynchron und nachgelagert statt. Wesentliches Merkmal einer asynchronen Verarbeitung ist es, dass die Partnersysteme zum Zeitpunkt des Ereignisses nicht zwingend online verbunden sein müssen, vielmehr sorgt das Framework auch hier für die notwendige Datenkonsistenz bzw. Pufferung. 

Echtzeit-Integration (synchrone Verarbeitung)

Für Daten aus (SPS)-Steuerungen, die als Teil einer OPUS//WMS oder OPUS//MES Buchung verwendet werden sollen - und einen essentiellen Bestandteil einer Buchungs-Transaktion darstellen - gelten besondere Anforderungen. Das Framework stellt mit seinen speziellen Mechanismen die Datenintegrität und -konsistenz sicher. Hierbei muss vor allem die Entstehung von Zuständen vermieden werden, in denen die Steuerung als externes System bereits die Operation vollzogen hat, die Buchung im OPUS//Suite hingegen nicht erfolgte bzw. aufgrund eines Fehlers zurückgerollt wurde.

Das Framework zur Maschinenanbindung stellt hierfür sehr einfach verwendbare Standardfunktionen bereit, welche die komplexen Software-Mechanismen zur Sicherstellung der Transaktionsintegrität kapseln. Die Entwicklung der transaktionalen Anbindung für eine bestimmte Maschinen-Information und deren Integration in einen OPUS//Suite-Prozess wird dadurch stark verschlankt, ohne dass dieses zu Lasten der Systemsicherheit geht.

Anbindung von Maschinen an OPC UA

Um das Framework zur Maschinenanbindung effektiv nutzen zu können, muss es über einen Kommunikationskanal zu einer Maschine verfügen. Dieser Kommunikationskanal ist hierbei grundsätzlich nicht durch das Grundframework vorgegeben, vielmehr handelt es sich hierbei um eine generische Schnittstelle, die nicht auf ein einzelnes Kommunikationsprotokoll beschränkt ist.

Die konkrete Implementierung eines Kommunikationskanals zu einem Partnersystem wird über ein OPUS//G eigenes Kommunikationsframework realisiert. Dieses dient quasi als „Vermittlungsstelle“ zwischen den externen Kommunikationspartnern und dem internen Funktionsumfang der OPUS//Softwarelösung. Im Kommunikationsframework ist derzeit die Anbindung über das OPC UA Protokoll realisiert, wobei sowohl eine direkte SPS-Koppelung, als auch ein dedizierter OPC UA Server möglich sind.

Die Implementierung des MQTT-Standardprotokolls in das Kommunikationsframework folgt, wie bereits erwähnt in Kürze. 

OPUS//OPC vs. OPC UA Mapping Tool

OPUS//G hat sich deshalb entschieden, ein eigenes Framework zu entwickeln um die potentiellen Probleme einer einfachen OPC UA Anbindung zu vermeiden.

OPUS//OPC ist als vollintegriertes Modul unmittelbar in die Businessprozesse unserer Suite eingebunden. Dadurch wird erreicht, dass die OPUS//OPC Kommunikation bidirektional, transaktional, wiederanlaufsicher, sowie verlustfrei sichergestellt ist. Im Fehlerfall wird hierdurch z.B. der fatale Fall vermieden, dass einem Auftrag falsche Daten zugeordnet werden und somit eine teure Fehlproduktion geschieht. 

Auch ist das OPUS//OPC-Framework vollständig in unsere interne Qualitätssicherung für Entwicklungs- und Kundenprojekte eingebunden. Diese umfangreichen Maßnahmen werden u.a. über ein Continuous Integration Testing erreicht und berücksichtigen damit die sehr hohen Qualitätsansprüche unserer Kunden. OPUS//G bietet mit seinen Systemen höchste Qualität und Funktionssicherheit von der Implementierung und Inbetriebnahme über den laufenden Betreib mit seinen oftmals erforderlichen Prozesserweiterungen bis hin zu Full-Releases und unserem Commitment für einen lebenslangen Up-To-Date Status der Software.

Fazit

Für einfachste Anwendungen bei der nur wenige Datenpunkte und Trigger ausgelesen werden, kann eine einfache standardisierte OPC UA Anbindung als die zunächst passende Lösung erscheinen. Bei höherem Kommunikationsaufkommen mit höheren Datenmengen, Hunderten von Triggern und Datenpunkten ist eine Lösung erforderlich, die umfangreiche (Businesstransaktions-)Logik sowie eine dedizierte Ausnahmebehandlung ermöglicht, welche selbsttätig die Auswirkungen auf Konfigurationsänderungen prüft und die nachhaltig gepflegt und gewartet werden kann. Hierfür ist OPUS//OPC das Mittel der Wahl.