M2M-Kommunikation

Andreas Mühlbauer,

OPC UA entwickelt sich zum Standard

Stoßen wir heute auf den Begriff „Smart Factory“, begegnen wir immer auch dem Thema „Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation“.

OPC UA kann sich zum Standard für die M2M-Kommunikation entwickeln. © Paessler

Das Ziel der Kommunikation zwischen Fertigungsmaschinen ist es, Daten zur Weiterverarbeitung und Auswertung zu sammeln. Erst dadurch werden Aspekte wie Predictive Maintenance oder auch eine Optimierung der Maschinenauslastung innerhalb der Produktionsumgebung überhaupt möglich. Hier kann der Standard OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) als Chance gesehen und als kompatible Lösung für alle Systeme eingesetzt werden.

M2M-Kommunikation basiert traditionell auf der Feldbustechnologie. Klassische Feldbusprotokolle wie Profibus oder Modbus RTU, werden seit vielen Jahren eingesetzt, sind ausgereift und in der Netzwerktechnik weit verbreitet. Die bekanntesten Protokolle des Industrial Ethernet sind Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet und Ethercat. 

Doch die zunehmende Verbreitung des 5G-Mobilfunkstandards wird auch die Entwicklung im Bereich der M2M-Kommunikation beeinflussen und beschleunigen, denn die Verwendung von 5G ersetzt die physische Vernetzung von Maschinen. Insbesondere hier besteht ein deutliches Potenzial, die neuen Möglichkeiten drahtloser Netzwerke zu nutzen, um die Digitalisierung der Industrieumgebung weiter voranzutreiben.

OPC UA als zukunftsfähige Lösung für automatisierte Kommunikation

Alle Komponenten, die für die Automatisierung eingesetzt werden sollen, müssen sowohl die etablierten und weit verbreiteten Feldbusprotokolle unterstützen, aber auch für Industrial Ethernet und die in der IT üblichen TCP-/IP-Protokolle kompatibel sein. An diesem Punkt stößt man immer wieder auf Innovationsthemen wie Big Data, Predictive Maintenance und die Tatsache, dass klassische IT-Systeme auch in der Industrie verstärkt zu einem Bestandteil der Automatisierungslandschaft werden. Doch wie können diese Anforderungen in Zukunft erfüllt und gleichzeitig anderen Anforderungen im Bereich der Smart Factory gerecht werden?

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Hier kommt OPC UA ins Spiel. OPC UA wird bereits als übergreifende Architektur eingesetzt, um den notwendigen Informationsaustausch zwischen Herstellern sowie die Interoperabilität der verschiedenen Komponenten sicherzustellen. In diesem Zusammenhang ist OPC UA weit mehr als nur ein weiterer Kommunikationsstandard für die Echtzeitkommunikation in der Automatisierung. OPC UA ist vielmehr eine serviceorientierte Architektur (SOA), gestützt auf ein IP-basiertes Netzwerk und sowohl mit IPv4 als auch mit IPv6 kompatibel. Darüber hinaus ist OPC UA plattformunabhängig, flexibel in der Anwendung, zukunftssicher und beliebig erweiterbar.

Besonders hervorzuheben ist dabei die Unabhängigkeit von dem physikalischen Transportmedium und -protokoll – was einen entscheidenden Vorteil von OPC UA gegenüber anderen dedizierten IoT-Datenprotokollen darstellt.


„PubSub"-Standard ermöglicht Kommunikation bis auf Sensorebene

Um stets den aktuellsten Entwicklungen begegnen zu können, schafft die OPC Foundation die notwendigen Standards und kooperiert mit den Marktführern aus der Industrie. So hat sie beispielsweise auch den Publish-Subscribe Standard (PubSub) für OPC UA als eine wichtige Erweiterung des Kommunikationsstandards herausgegeben.

Dieser Standard ist vollständig mit der bestehenden OPC UA-Technologie kompatibel und erlaubt dem Nutzer ein Roll-out von OPC UA bis zur untersten Ebene der Produktion, wo Controller, Sensoren und Embedded Systems eine optimierte Kommunikation mit geringer Latenz in lokalen Netzwerken erfordern.

Standardisierte Kommunikation mit DIN SPEC 92222

Ziel der DIN SPEC 92222 „Reference Model for Industrial Cloud Federation“ ist eine einheitliche Kommunikation vom Feldgerät bis zur Multi-Cloud-Applikation auf Basis von OPC UA. Beteiligt sind namhafte Unternehmen wie Bosch, IBM, Fujitsu, Microsoft, Fraunhofer-Forschungsinstitute sowie die Verbände VDMA und Bitkom.

Um das Ziel zu erreichen, werden verschiedene Ansätze definiert:

  • Minimierung der Anzahl der zu verwendenden Technologien, Normen und Standards,
  • einheitliche Schnittstellen für das Routing zwischen den Clouds als Voraussetzung für eine Multi-Cloud-Infrastruktur,
  • Erarbeitung, welche Transportprotokolle für welche Anwendung verwendet werden sollten,
  • spezifische Implementierung bestimmt, wie beispielsweise die Konfiguration und Bereitstellung notwendiger Komponenten (z.B. Broker, Relais oder Router) zu erfolgen hat,
  • Erstellung von Spezifikationen für eine einheitliche Authentifizierung und Autorisierung.

OPC UA wird stetig weiterentwickelt. Auch durch die hohe Akzeptanz – der Hersteller und der gesamten Industriebranche – ist OPC UA derzeit der am weitesten verbreitete, plattformunabhängige Kommunikationsstandard, um Interoperabilität und Informationsaustausch zwischen Maschinen und Systemen sicherzustellen. Mit über 610 Mitgliedern der OPC Foundation und Tausenden von OPC UA-konformen Geräten bietet OPC UA ein zukunftssicheres Framework für M2M, Smart Factory und Industry 4.0.

Christian Gügel, Senior Systems Engineer bei Paessler

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