FabrikDNA - Schnittstellen für die Fabrik auf Basis OPC UA und Automation ML

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1 FabrikDNA - Schnittstellen für die Fabrik auf Basis OPC UA und Automation ML Dr.-Ing. Miriam Schleipen, Fraunhofer IOSB Gruppe Leitsysteme und Anlagenmodellierung

2 Agenda 1. Motivation und Ziel 2. AutomationML und OPC UA 3. Einstieg ins AutomationML Modell in OPC UA 4. Beispiele 5. Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Herausforderung Häufige Änderungen in Produktionssystemen Rekonfiguration von Hardware und Software Ziel: Interoperabilität und nahtlose semantische Integration 3

4 Standardisierung Was wird standardisiert? Kommunikation Technologie Schnittstellen Prozesse Tools Idealfall: Standard-Baukasten, aus dem je nach Anwendungsfall ausgewählt werden kann und Einzelbausteine nutzbar sind Im hochdynamischen und heterogenen IT-Umfeld ist die Standardisierung auf Kommunikations-/Schnittstellenebene am sinnvollsten 4

5 Bsp. Standardisierung Begriffsdefinitionen rund um Industrie 4.0 Arbeitsgruppe Begriffe des VDI/VDE-GMA 7.21 Industrie 4.0 (Leitung: Schleipen, Fraunhofer IOSB) Ziel: gemeinsames Verständnis der grundlegenden Begriffe zu Industrie 4.0 Herausforderung: Zusammenführung der Sprachen von Produktion und IKT (Informations- und Kommunikationstechnologie) Bsp. von bereits verabschiedeten und veröffentlichten Begrifflichkeiten: Cyber Physical Production System I4.0 Komponente Dienst (Service) Entität Modell Referenzarchitektur Wertschöpfungsnetzwerk Interoperabilität Plug & Work Smart Product technische-assets-und-abgestimmte-begriffe/

6 Bsp. Standardisierung: Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI) Plattform Industrie 4.0 / Hrsg. BITKOM, VDMA, ZVEI: Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 Ergebnisbericht, Berlin, April

7 Datenmodell Integration heterogener Datenquellen in ein Modell sorgt für hohe Komplexität. Gemeinsame Modellbasis von Anfang an benötigt. 7

8 Einheitliche Datenmodelle (gestern, heute, morgen) Visualisierung/ Steuerung Auswertung Neue Anwendung Funktion Semantische Modelle Wissen/Bedeutung ( Industrie 4.0 ) Ressourcenobjekte Information (Stufe 2) Signale Daten (Stufe 1) 8

9 Integriertes Datenmodell und Nutzung der Informationen Wichtig: Nicht 1 einziges Datenmodell nötig, sondern die Verknüpfung verschiedener in einheitlicher Art und Weise (z.b. Zuordnungsvorschriften) 9

10 Semantische Beschreibung der Produktionsanlage Effizienter Datenaustausch von Engineering-Informationen (CAD, ECAD, MCAD, Simulation, SPS Programmierung, HMI) 10

11 IEC Top level format CAEX IEC Plant Planning Functional engineering Commissioning Geometry and Kinematic format COLLADA Plant Topology Information Mechatronics Logic format PLCopen XML Networks Devices Attributes Semantic referencing Further aspects in other XML format D1 1 Dn D2 11

12 Kommunikation und Management der Beschreibungsdaten inkl. Security Effiziente Kommunikation und Informationsmanagement 12

13 Source: OPC Day Europe, Mathias Damm,

14 Kommunikation und Management der Beschreibungsdaten inkl. Security Semantische Beschreibung der Produktionsanlage 14

15 Beginn der Kooperation: SPS/IPC/Drives

16 Mitglieder der Arbeitsgruppe 16

17 Ziele und Nutzen (1) AutomationML Integration in OPC UA Ziel: Kommunikation und Operationalisierung von AutomationML durch OPC UA OPC UA Server enthält funktionale Sicht auf die Produktion Informationsmodell Ergebnis: AutomationML Modelle können über OPC UA ausgetauscht werden Nutzen: Vereinfachung der Erstellung von OPC UA Informationsmodellen basierend auf AutomationML Daten Use case: Anwendung im Re-Engineering und der Wartung, bei der sich das AutomationML Modell über die Zeit verändert 17

18 Ziele und Nutzen (2) OPC UA Integration in AutomationML Goal: Verlustfreier Austausch von OPC UA Konfigurationsdaten in AutomationML Modellen Ergebnis: Parameter, um OPC UA Kommunikation zwischen Tools mit Hilfe von AutomationML auszutauschen Use case: Konfiguration von Kommunikationsnetzwerken basierend auf der Beschreibung der Netzwerkkonfiguration und struktur (inklusive Kommunikationskomponenten von Sensoren und Aktoren mit Hinblick auf die Systemparameter, Netzwerkstrukturen, Verkabelung und QoS, etc.) Nutzen: Vereinfachung der Konifugration von OPC UA Client Verbindungen zu einem OPC UA Server (manuellen Aufwand reduzieren) 18

19 Informationsmodelle (NodeSets) und Sichten Verschiedene Sichten auf die Daten Einstiegspunkte für AutomationML Nutzer Einstiegspunkte für OPC UA Nutzer Knoten sind aufgeteilt in Nodesets Standardtypen Organisationsknoten für AutomationML AutomationML Standardbibliotheken Aktuelles AutomationML Modell OPC UA base types schemas/1.02/opc.ua.nodeset2.xml Opc.Ua.NodeSet2.xml AutomationML base types Opc.Ua.AMLBaseTypes.NodeSet2.xml AutomationML standard libraries Opc.Ua.AMLLibraries.NodeSet2.xml AutomationML model (without standard libraries) 19

20 Beispiel - AutomationML in OPC UA Transformation des Beispiels von AutomationML in OPC UA AutomationML Model Type model AML2 OPCUA OPC UA Modell Type model Generator OPC UA server XML AutomationML- Editor XML OPC UA model designer Internal data model e.g. UA SDK Unified Automation 20

21 Beispiel - erste Demos in Karlsruhe vorzeigbar Demoanlagen: jedes Modul/ jede Steuerung ist mit Standard OPC UA server ausgestattet Aggregierender OPC UA Server basierend auf Unified Automation C++ SDK AutomationML Modell der Anlage Transformationstool: AML2UA Sicht auf aggregierender Server mit AML-UA- Informationsmodell mittels verschiedener UA Clients 21

22 Beispiel Architektur mit aggregierendem OPC UA Server Software ProVis.Visu OPC UA Client Process image OPC UA Server IOSB Aggregating server OPC UA Client AutomationML Modell integriert als Informationsmodell in OPC UA Server Adressraum OPC UA Wrapper Field level e.g. Matrikon Universal OPC UA Server, Siemens SIMATIC.NET OPC UA Server OPC Server Steuerungen Siemens S7 Siemens S7 Siemens S7 E/A Signale Anlagen Station 1 Station 2 Station n 22

23 Beispiel: Modellierung von Produktionszellen in AutomationML und Integration in OPC UA OPC UA XML Aggregating OPC UA Server Image Source: OPC Day Europe, Mathias Damm,

24 Bsp. OPC UA für AutomationML - Bildgenerierung MES-Visu Prozessbild (Prozess-)Bilder aus Layout abmalen und durch Expertenwissen und Signallisten Anbindung konfigurieren 24

25 Bsp. OPC UA für AutomationML - Bildgenerierung MES-Visu Prozessbild (Prozess-)Bilder aus Layout abmalen (evtl. mit vordefinierten grafischen Objekten für Objekttypen) und durch Wissen über Objekttypen (vorab abgelegt) anbinden 25

26 Bsp. OPC UA für AutomationML Ziel: Automatische Bildgenerierung MES-Visu inkl. Anbindung an OPC UA Prozessbild Ndskgnskngfmbmb gfbgfdbgndskgnskn gfmbmbgfbgfdbg Ndskgnskngfmbmb gfbgfdfdsfdsfdbg Ndskgnskngfmbmb gfbgfdsfdsffdbg Ndskgnfdfdsfskngf mbmbgfbgfdbg (Prozess-)Bilder generieren aus Daten aus vorhergehenden Planungsphasen (Materialfluss, Layout, CAD, SPS-Programmierung, ) Selbstbeschreibung der Komponenten Ohne oder nur mit wenig manuellem Aufwand 26

27 Knackpunkte auf dem Weg zum Ziel Technologien verstehen AML-Einführung: 11.2., 9.6., (Karlsruhe, 5-10 Teilnehmer) OPC UA-Einführung :15.2., 6.6., (Karlsruhe, 5-10 Teilnehmer) Komplexität der Technologien verstecken Assistenztools zur geführten Erstellung von AutomationML VBScript für Office = LUA für UA : Nutzung von LUA und Open62541 um einen UA Server oder UA client in wenigen Zeilen aufzusetzen und mit Leben (Informationen, Methoden, etc.) zu füllen Learning by doing/hands-on (selbst ausprobieren, 2-5 Teilnehmer, Termine on demand) AutomationML for dummies: wir modellieren mit Ihnen Schritt für Schritt ein AutomationML Modell OPC UA for dummies: wir setzen gemeinsam einen OPC UA Server um 27

28 Zusammenfassung und Ausblick Spezifikation und Evaluierung (z.b. an Hand von konkreten Beispielen der Partner) Companion Specification AutomationML for OPC UA : allgemeine Erklärung, Mappingregeln, Definition organisierender Knoten und AutomationML Bibliotheken Aktueller Status über die AutomationML/OPC-F Webseite oder Aktuelle Arbeiten Integration von OPC UA Konfigurationsdaten in AutomationML Harmonisierunbg mit anderen Companion Specifications: OPC UA for devices, OPC UA for IEC62264 (ISA95), OPC UA for FDI, OPC UA for IEC (PLCOpen) 28

29 Danke!

30 Impressum FabrikDNA - Schnittstellen für die Fabrik auf Basis OPC UA und Automation ML Frankfurt, November 2015 Dr.-Ing. Miriam Schleipen Fraunhofer IOSB Abteilung Informationsmanagement und Leittechnik (ILT) Leiter der Gruppe Leitsysteme und Anlagenmodellierung Tel.: Fax:

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