Von Kommunikation zu Information: OPC UA überall!

Die (end-to-end) sichere Übertragung von standardisierten Informationen über verschiedene etablierte Protokolle ist der Schlüssel zur Digitalisierung – und eben nicht Protokolle zur Datenkommunikation. Dabei war die Grundidee für die Gründung der OPC Foundation im Jahr 1996, einen Kommunikationsstandard zu schaffen, der auf der damaligen COM/DCOM-Architektur von Microsoft aufbaute – „OLE for Process- Control“ etablierte sich damit als De-facto-Standard „der letzten Meile“ für Steuerungen.

OPC UA: In diese Richtung geht es weiter

Seitdem hat sich sehr viel getan – heute kann man im Wesentlichen vier Faktoren benennen, welche als die wichtigesten Enabler für die Aktivitäten in der Prozess Industrie gesehen werden:

1. OPC UA als Technologie für die sichere Über­tragung von standardisierten Informationen

Die Architektur OPC Unified Architecture „OPC UA“ ist weit mehr als nur eine betriebssystemunabhängige, neutrale Plattform für die Datenkommunikation: OPC UA ist der „Lego“-Bausteinkasten für den die Standardisierung von Daten und Schnittstellen und deren sicherer Austausch skalierend vom Sensor bis in die Cloud (und zurück) – einschließlich dem Discovery von Geräten, dem Onboarding und mehr.

OPC UA wird wahrscheinlich nie „vollständig“ sein, da das Framework ständig erweitert wird: Im Februar 2018 wurde die erste große Erweiterung des bestehenden Client/Server-Kommunikationsmodells um ein Publish/Subscribe-Kommunikationsmodell (PubSub) veröffentlicht. Neben anderen Einsatzszenarien wie Verbreitung im Broadcast-Bereich, Integration in kleinere Geräte, UA Kommunikation in die Cloud über MQTT oder AMQP war die Erweiterung mit PubSub auch ein wichtiger Schritt als Vorbereitung für den Einsatz auf Feldebene: PubSub ermöglicht im ersten Schritt eine leistungsfähige Controller-zu-Controller-Kommunikation, um Geräte verschiedener Ökosysteme horizontal und neutral miteinander zu verbinden.

2. OPC UA FX als Erweiterung von UA mit Determinismus, Safety, Motion und Instrumentation

Im November 2018 wurde die Field Level Communications (FLC) Initiative unter dem Dach der OPC Foundation gegründet. Insgesamt 27 Firmen, darunter die größten Automatisierungshersteller der Welt, haben die gemeinsame Zielsetzung, den Anwendungsbereich von OPC UA bis auf die Feldebene zu erweitern und OPC UA als einheitlichen und durchgängigen Kommunikationsstandard in der Fabrik- und der Prozessautomatisierung zu etablieren (Bild 1). In den technischen Arbeitsgruppen, die allen Mitgliedern der OPC Foundation offenstehen, arbeiten derzeit insgesamt mehr als 320 Experten von mehr als 65 Firmen, um entsprechende Konzepte und Spezifikationen zu erarbeiten.

Die Harmonisierung von Anforderungen aus der Prozess- und Fabrikautomation wird zu gemeinsamen Gerätediensten führen: Gerätemanagement, Firmware-Updates, OOE-Daten, Power Management, MES-Dienste oder auch gemeinsame Datentypen werden die Grenzen der Prozess- und Fabrikautomation in der Gerätehandhabung verwischen – spezielle technologische Anforderungen bleiben natürlich bestehen. Die Arbeiten sind bereits weit fortgeschritten, OPC UA Safety ist in der ersten Verson freigegeben und OPC UA Motion befindet sich in der Entwicklung und können in Zukunft eingesetzt werden – über UDP oder auch mit einem optional aktiviertem unterlagertem TSN, falls Determinismus gefordert ist.

OPC UA: Die Kombi mit TSN, APL und 5G

Die OPC Foundation hat sich der Ethernet APL-Initiative angeschlossen: Ethernet APL ist die Lösung für die Skalierung von der Feld bis in die Edgeebene – etablierte Feldbusprotokolle wie ProfiNET, EthernetIP und HART-IP werden darüber lauffähig sein ebenso wie die Informationstechnologie OPC UA welches als einzige Lösung auch bis in die Cloud skaliert. Die klare Prognose: In der Prozessautomatisierung wird sich „OPC UA over APL/SPE“ als Nachfolger des aktuellen De-facto-Hart-Standards etablieren und schrittweise als neue Lösung installiert – erst für den „North-Port“ für Diagnose und dann auch für den „South Port als Datenkanel“.

Anwender Organisationen NAMUR und Open Group fordern OPC UA

Die unter dem Dach der amerikanischen „The Open Group“ zusammengeschlossenen Anwender der Prozessindustrie haben sich bereits vor zwei Jahren öffentlich für OPC UA als sicherem Interoperabilitäts Standard entschieden. Die deutsche NAMUR hat OPC UA zunächst nur exklusiv für den zweiten Diagnosekanel („NOA-Kanal“) gesetzt. Diverse Anbieter liefern diese OPC UA basierte NOA-Schnittstelle bereits entweder integriert im Gerät oder als Migrationsschritt per vorgeschaltetem Gateway. Über den Diagnosekanal lernen Anwender also automatisch über die Vorteile der OPC UA Technologie und wie man sichere und standardisierte Daten abrufen kann.

3. Eco-Sytem zur Förderung eines offenen Standards und dem Schutz der Anwender

Die OPC Foundation agiert vergleichbar mit der UNO als die „United Nations der Automatisierer“ im besten Sinne gemeint: Jede Firma, ob groß oder klein, hat nur eine Stimme bei Abstimmungen. Sehr verschiedene Facetten von Firmen sind zusammengeschlossen: von den Hyperscalern wie Microsoft, Google Cloud und Amazon Web Services (AWS) aber auch den Chip Herstellern Intel, Qualcomm, NXP und MicroChip wie Endanwender wie Volkswagen Samsung, Foxconn und bis zu fast allen Automatisierern der Welt.

Die Mitglieder schützen sich nicht nur gegenseitig, sondern auch die Nicht-OPC Mitglieder, welche OPC UA implementieren oder einfach nur nutzen. Offenheit ist dabei eines der wichtigsten Ziele: Offene Spezifikationen, Open Source und ein OPC Labor was auch für nicht zahlende OPC Mitglieder offensteht – welche andere Organisation liefert das sonst?

4. Weltweit abgestimmte Standardisierung und Harmonisierung der Semantic

Standardisierte Daten übertragen klingt so logisch. Aber wer gibt diese Standards vor? Versuchen die Cloud-Anbieter einen neuen „Cloud Vendor Lock-In“ zu schaffen? Auch hier ist Vorsicht geboten! Die OPC Foundation koopertiert derzeit in mehr als 60 Initiativen mit anderen Organisationen – Grund: Nur die Kombination aus OPC UA Technologie für die Lösung des „Wie“ findet der Datentransport sicher statt, gepaart mit dem Knowhow der Partner „Was“ (gemeint als welche standardisierten Inhalte) werden transportiert, ergibt zusammen das Versprechen für „sichere industrielle Interoperabilität“.

Die breite Akzeptanz der Teilnehmer in den „joint Working Groups“ setzen also den Standard. Wenn sich die „who-is-who“ Hersteller aus der Welt der Pumpenhersteller zusammenschliessen und mit der OPC Foundation die Semantik festlegen und diese als kostenlosen Spezifikation für jederman zugänglich macht – wer soll bitte eine bessere oder weltweit adaptiertere Informationsmodellierung vorgeben?

Fazit zum Thema OPC UA

Es gibt viele „Enabler“ Technologien wie auch die Ethernet APL Technologie. Und doch: Niemand ersetzt einen bestehenden 4-20mA Sensor nur um gleiche Informationen über OPC UA over APL zu bekommen. Aber alle wesentlichen Entwicklungen der Prozess Industrie hat OPC UA integriert – von OPAF, NOA, MTP, MDIS, DEXPHI, PA-DIM, UA for Machinery usw. OPC UA Server gepaart mit der UAFX Erweiterung der OPC Foundation ist daher die offene Technologie der nächsten Dekaden für die Prozessindustrie.

Der Autor: Stefan Hoppe ist Präsident der OPC Foundation.