OPC UA

Was ist OPC UA?

OPC UA bezeichnet einen Kommunikationsstandard für die Industrie, der die Übertragung von Daten zwischen Anlagen, Maschinen, Steuerungen und weiteren Komponenten ermöglicht. Die Akronyme OPC UA stehen dabei für Folgendes:

• OPC = Open Platform Communications
• UA = Unified Architecture

Open Platform Communications hat den Zweck, plattformunabhängige Kommunikation zu ermöglichen – also Datenstrukturen, die unabhängig von Betriebssystem, Programmiersprache oder Systemlieferant übertragen und ausgelesen werden können. Dazu entwickelt die OPC Foundation, ein internationales Industriekonsortium, immer neue Standards und Spezifikationen. Eine dieser Spezifikationen ist die Unified Architecture – namensgebend für OPC UA. Mithilfe dieses Kommunikationsprotokolls können Prozessdaten nicht nur plattformunabhängig transportiert, sondern auch semantisch beschrieben werden, was die Übertragung komplexer Maschinendaten ermöglicht. Aus diesem Grund ist OPC UA ein bedeutsamer Kommunikationsstandard für die Industrie 4.0.

OPC UA löst das Problem, dass Maschinen, Steuerungen, Sensoren, Anlagen, Benutzerschnittstellen und Software-Programme einander erst durch aufwendige Übersetzungsschnittstellen und komplizierte Datenstrukturen verstehen und miteinander kommunizieren können. Dank der Plattformunabhängigkeit und Interoperabilität ermöglicht das Kommunikationsprotokoll OPC UA die Vernetzung, Kommunikation und Skalierbarkeit über alle Ebenen der Automatisierungspyramide – von der Feldebene über die SPS-Steuerung, SCADA und das Prozessleitsystem bis hin zu MES und ERP.

Vorteile von OPC UA

• Plattformunabhängigkeit: Das Kommunikationsprotokoll funktioniert unabhängig von Betriebssystem, Programmiersprache und Systemlieferant.
• Interoperabilität: Mittels OPC UA können sich Maschinen, Systeme, Geräte und Anwendungen herstellerunabhängig miteinander vernetzen und so kommunizieren.
• Skalierbarkeit: OPC UA und seine Informationsmodelle ermöglichen die Kommunikation von Daten in jeder Größenordnung und über Hierarchieebenen hinweg – von der Produktionsstätte bis zum Cloud-System. Von Sensor zu Maschine, von Maschine zu Maschine, von Maschine zur Benutzerschnittstelle, von Maschine zur Anlage, von Anlage zu Anlage bis hin zur Unternehmensebene und dem Enterprise-Resource-Planning-System (ERP) ist alles möglich.
• Sicherheit: Dank Zugangskontrolle, Verschlüsselungen und Authentifizierungsmechanismen bietet der Kommunikationsstandard auch bei weitläufiger Vernetzung eine sichere Nutzung.
• Hohe Präzision: Da Maschinendaten und Prozessdaten semantisch angereichert werden können, kommt es mit dem OPC UA-Informationsmodell zu deutlich weniger Fehlkommunikation oder -interpretation von Daten.
• Zeitersparnis: Die Inbetriebnahme neuer Anlagen und Maschinen ist gemäß „plug and work“ quasi direkt möglich, da die Kommunikation über OPC UA sofort gelingt und die Entwicklung eines speziellen Übersetzungsmodells entfällt.
• Effizienzsteigerungen: Dank präziser Kommunikation und flexibler Redundanz von OPC-Servern kommt es zu weniger Fehlern und Stillstandzeiten, sodass Produktion, Steuerung, Auswertung und Wartung effizienter verlaufen.

Wie funktioniert OPC UA?

Der Standard OPC UA lässt sich in der Industrie mithilfe von Servern und Schnittstellen für verschiedene OPC UA-Clients implementieren.

OPC UA-Clients

Bei einem OPC UA-Client handelt es sich in der Industrie um eine Anwendung, die auf den Austausch von Datenpunkten angewiesen ist – beispielsweise ein SCADA- oder MES-System oder die Benutzerschnittstelle (Human-Machine-Interface). Diese Clients können sich über eine OPC UA-Schnittstelle mit einem OPC UA-Server verbinden und so Maschinendaten, Prozessdaten oder andere Datenmodelle abrufen oder weitergeben.

OPC UA-Server

Ein OPC UA-Server bildet die Grundlage für das OPC UA-Kommunikationsprotokoll und die Interoperabilität. Der Server stellt die relevanten Daten und Informationen bereit, die zwischen verschiedenen Clients ausgetauscht werden sollen. Er organisiert beispielsweise Prozessdaten, Maschinendaten, Alarme, besondere Ereignisse, Messwerte, Ein- und Ausgangssignale sowie historische Daten zur späteren Einsicht. Über OPC UA-Schnittstellen erhalten die Clients Zugriff auf die benötigten Datenmodelle.

OPC UA-Schnittstelle

Eine OPC UA-Schnittstelle ermöglicht die Kommunikation zwischen OPC UA-Client und OPC UA-Server. Die Schnittstelle enthält die notwendigen Kommunikationsprotokolle, Informationsmodelle und Regeln für den plattformunabhängigen Austausch. Sie erstellt eine Datenstruktur und sorgt für die Übertragung und richtige Interpretation der Datenmodelle. Sie befähigt Client und Server, miteinander zu kommunizieren und die wechselseitig ausgetauschten Daten zu verstehen.

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