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11.03.2011

Leichter Sprung von OPC zu OPC UA

Beitrag aus openautomation 1-2/2011 OPC Unified Architecture (UA) ist die nächste Entwicklungsstufe der klassischen OPC-Spezifikationen...

Beitrag aus openautomation 1-2/2011

 

OPC Unified Architecture (UA) ist die nächste Entwicklungsstufe der klassischen OPC-Spezifikationen. Der OPC-Standard hat sich als Grund­lage für die Konnektivität zwischen Anlage und Geräten in der industriellen Automatisierung bewährt. Jetzt stellt sich für viele Anwender die Frage, wie sie die Weichen zu OPC UA stellen können.

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OPC Unified Architecture bildet eine Erweiterung des etablierten Standards zur Datenkonnektivität in OPC. Aber was bedeutet dies für Unternehmen, die OPC bereits nutzen oder zukünftig einsetzen möchten? Und bestehen Möglichkeiten, bereits in OPC getätigte Investitionen zu schützen?

 

Derzeit gibt es nur eine limitierte Anzahl an OPC-UA-Lösungen auf dem Markt, doch es ist abzusehen, dass OPC UA die nächste Generation der Interoperabilität werden wird. Um so wichtiger sind Lösungen, die sowohl „OPC Klassik“ als auch OPC UA unterstützen. OPC UA Wrapper bieten dabei nur eine teilweise geeignete Möglichkeit, die Kommunikation zwischen Clients von OPC und OPC UA zu gewährleisten. Um die Frage nach den Möglichkeiten einer sinnvollen Migration auf OPC UA zu beantworten, muss zunächst geklärt werden, welche Neuerungen und Besonderheiten OPC UA gegenüber OPC bietet.

 

OPC und seine Grenzen

Zu den am häufigsten verbreiteten Spezifikationen des klassischen OPC-Standards zählen OPC DA zur Übertragung von Echtzeitdaten, OPC HDA zur Übermittlung von Verlaufsdaten bzw. historischen Daten sowie OPC A&E, womit sich Alarme und Ereignisse übermitteln lassen. Um Inter­operabilität zu gewährleisten, wird für jedes Gerät in der Prozessindustrie ein eigener OPC-Server benötigt. Die Verwendung von mehreren OPC-Servern zur Verbindung aller Geräte und Applikationen kann dazu führen, dass interne Kommunikationsstrukturen unübersichtlich werden.

Außerdem basieren diese OPC-Varianten auf den binären Kommunikationsprotokollen von Microsoft Component Object Model (COM) und Distributed Component Object Mode (DCOM). Alle auf diese Windows-Plattform aufbauenden Steuerungssysteme, Maschinenschnittstellen, Automationsanwendungen usw. sind in der Lage, mit OPC reibungslos Daten auszutauschen. Programmierer können durch diese enge Verknüpfung mit Microsofts objektorientierter COM- und DCOM-Technologie Schnittstellenimplementierungen zügig erfassen, doch geht die enge Verbindung zulasten der Flexibilität und Erweiterbarkeit der Schnittstellen.

 

Teillösung OPC UA Wrapper

Geräte unter Verwendung von OPC können nicht ohne Weiteres mit OPC UA kommunizieren. Eine Teillösung zur Kommunikation zwischen bereits vorhandenen klassischen OPC-Servern und OPC UA bilden sogenannte Wrapper. Diese stellen die Verbindung von Klassik OPC zu OPC UA her und umgekehrt. Ihr Einsatz ist allerdings nur in wenig komplexen Umgebungen zu empfehlen, da jeder OPC-Server einzeln für den Wrapper konfiguriert werden muss. Des Weiteren fehlen diesen Lösungen die Sicherheitsfunktionen und Recovery-Mechanismen, die in OPC UA vorhanden sind.

 

Vereinheitlichte Kommunikation mit OPC UA

Die OPC-UA-Spezifikation bietet die Funktionalität von OPC bzw. erweitert diese und behebt dabei die Schwierigkeiten in Bezug auf Sicherheit, Plattformabhängigkeit und DCOM-Probleme.

Auf Basis einer serviceorientierten Architektur (SOA) kann OPC UA alle gängigen Spezifikationen, wie OPC DA, OPC HDA und OPC A&E, umsetzen. Dies geschieht unabhängig von der Microsoft-Technologie DCOM, die durch offene, plattformunabhängige Protokolle mit integrierten Sicherheitsmechanismen ersetzt ist. Damit ergibt sich eine Verbindung zwischen der Unternehmensleitebene mit Unix-Systemen und eingebetteten Automatisierungskomponenten mit unterschiedlichen Windows- und Nicht-Windows-Betriebssystemen.

 

Mit OPC UA lassen sich komplexe Datenstrukturen verwenden und mehrschichtige Vorgänge vollständig beschreiben. Um beispielsweise den aktuellen Wert eines Temperatursensors, den historischen Mittelwert der Temperatur und das Ereignis einer Temperaturüberschreitung zu erfassen, benötigt der Anwender bei Verwendung von OPC drei verschiedene OPC-Server: DA, AE und HDA, mit jeweils unterschiedlicher Semantik. Mit OPC UA lassen sich diese Aufgaben in nur einer Komponente erfüllen.

 

Das OPC-UA-Sicherheitskonzept basiert auf den Internetstandards und umfasst Möglichkeiten der Benutzerauthentifizierung, Signierung von Nachrichten und Verschlüsselung von Nutzerdaten. Unter Verwendung von OPC UA ist der Datenzugriff auch über Internet und Firewall möglich, da es ein eigens entwickeltes TCP-basiertes OPC-UA-Binärprotokoll für den Datenaustausch enthält. Zusätzlich lässt sich jede Nachricht über einen HTTP- oder jeden anderen Port weitergeben. Darüber hinaus verfügt OPC UA mit konfigurierbaren Timeouts, automatischer Fehlererkennung und Recovery-Mechanismen über ein umfassendes Instrumentarium, um Datenverluste zu verhindern und hochverfügbare Systeme sicherzustellen.

Der Universal Connectivity Server (UCS) von „Matrikon­OPC“ bietet die Vorteile von OPC UA und verbindet als einzelner OPC-Server diverse Protokolle zum sicheren Datenaustausch in Echtzeit zwischen mehreren Plattformen

Der Universal Connectivity Server (UCS) von „Matrikon­OPC“ bietet die Vorteile von OPC UA und verbindet als einzelner OPC-Server diverse Protokolle zum sicheren Datenaustausch in Echtzeit zwischen mehreren Plattformen

Wege zur Migration auf OPC UA

Die neue Spezifikation bietet eine Vereinheitlichung von klassischen OPC-Spezifikationen, eine standardisierte Möglichkeit zur Überwindung von DCOM-Problemen und eine Steigerung der Sicherheit von OPC-Produkten. Auf lange Sicht ist daher davon auszugehen, dass OPC UA OPC Klassik ablösen wird.

 

Eine sofortige Umstellung auf OPC UA ist für Unternehmen jedoch nicht zwingend notwendig. Drei unterschiedliche Migrationsoptionen erlauben es dem Anwender, das für ihn effektivste Szenario auszuwählen.

 

Szenario 1: Komplettmigration

Die Komplettmigration bedeutet die Ablösung von OPC durch eine umfassende Umstellung auf OPC UA. Dazu kann zum Beispiel der Universal Connectivity Server (UCS) von „Matrikon­OPC“ verwendet werden. Bei diesem handelt es sich um einen einzelnen OPC-Server, der den Ansatz der universellen Konnektivität unterstützt und Kontakt zu mehreren Geräten, Protokollen und API herstellt. Dadurch erhält der Anwender über einen einzigen Server die sichere Konnektivität mit allen gängigen Steuersystemen und -anwendungen.

Derzeit ist die Komplettmigration allerdings nur bei einfachen Architekturen im Unternehmen möglich, da die Anzahl an OPC-UA-Lösungen auf dem Markt vorerst noch recht überschaubar ist. OPC-UA-Lösungen, die die parallele Unterstützung sowohl von OPC als auch OPC UA bieten, sind aufgrund dessen besonders bedeutend.

 

Szenario 2: Teilmigration

OPC UA ist darauf ausgelegt, sowohl für die Zukunft anpassungsfähig zu bleiben als auch heutige Implementierungen zu unterstützen. Mittelfristig lassen sich auch weiterhin DCOM-basierende OPC-Produkte parallel zu UA-Produkten verwenden. Anwender können dadurch wie gewohnt unterschiedliche Produkte beliebiger Hersteller betreiben. Dies ermöglicht als zweites Szenario eine sanfte Migration, bei welcher der Anwender OPC beibehält und OPC UA je nach Bedarf und Möglichkeiten schrittweise einbindet. Die vereinheitlichte Service-Schnittstelle, die beispielsweise UCS bereitstellt, bildet eine natürliche Ergänzung, die in OPC-Architekturen integriert werden kann. Der Universal Connectivity Server ermöglicht es mehreren Datenaustauschprotokollen gleichzeitig, in Echtzeit und auf sichere Art mit Datenquellen zu kommunizieren. Durch die Unterstützung des Plug-in-Ansatzes können Unternehmen ihr System in kurzer Zeit um Protokolle von neuen Geräten erweitern und den Informationsfluss sicherstellen. Außerdem wird dadurch der Aufwand für das Konfigurieren und Anpassen neuer OPC-Server reduziert. Egal, auf welche Daten aus dem neu hinzuzufügenden Gerät oder der Anlage ein Unternehmen zugreifen möchte (OPC DA, OPC HDA, OPC A&E, OPC UA oder OPC.Net), der UCS agiert wie ein Gateway und integriert alle OPC-Standards.

 

Szenario 3: Vorbereitende Migration

Als dritte Option ist die Einführung von Lösungen möglich, die aktuell nur klassische OPC-Spezifikationen nutzen, aber bereits über OPC-UA-Funktionen verfügen. Damit lässt sich eine spätere Migration vorbereiten. Ein denkbares Szenario wäre, dass ein Unternehmen aktuell nur die Anforderung hat, auf Echtzeitdaten einer Steuerung zuzugreifen – hierfür wäre ein OPC-Server ausreichend, der OPC DA unterstützt. Um den langfristigen Return on Investment (ROI) möglichst groß zu gestalten, entscheidet sich das Unternehmen aber schon heute dafür, eine OPC-UA-fähige Lösung zu verwenden. So ist es möglich, jederzeit auf entsprechende Anforderungen zu reagieren und das System ohne größeren Aufwand zu erweitern. Die Verwendung von Lösungen, wie UCS von „MatrikonOPC“, gewährleistet Anwendern die Weiternutzung vorhandener Spezifikationen bei gleichzeitiger Unterstützung von OPC UA. Mit diesem Szenario können sich Unternehmen bereits heute für die Zukunft mit OPC UA rüsten.

 

Ausblick

Langfristig betrachtet ist eine Ablösung von OPC Klassik durch OPC UA zu erwarten. Durch die Möglichkeit, „OPC-Klassik“- und OPC-UA-Produkte zu kombinieren, ist eine sofortige Migration jedoch nicht notwendig. Produkte, wie der Universal Connectivity Server (UCS) von „MatrikonOPC“, bieten Unternehmen die Möglichkeit, mit einer sanften Migration auf OPC UA alte Spezifikationen absehbar weiter zu verwenden und sich gleichzeitig schrittweise für die Zukunft zu rüsten.

 

Jason Fletcher

Jason Fletcher ist Regional Manager bei „Matrikon­OPC EMEA“.

 

Weitere Informationen unter www.matrikonopc.de als PDF downloaden.

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