Internet of Things (IoT): Mit OPC-UA vom Sensor bis in die IT-Cloud

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1 Internet of Things (IoT): Mit OPC-UA vom Sensor bis in die IT-Cloud Stefan Hoppe President OPC Europe Vorsitzender der gemeinsamen Arbeitsgruppe PLCopen & OPC Foundation 20. Mai,

2 Zitate aus Wissenschaft & Industrie 20. Mai,

3 Zitate Das Industrie 4.0 Paradigma erfordert Standards auf mehreren Ebenen, um modulare Produktionsanlagen gemäß Plug n Play aufbauen zu können. OPC-UA ist ein wichtiger Standard, der uns hilft, die Kommunikation zwischen Anlagenteilen herstellerunabhängig und sicher zu gestalten. Durch den industriegetriebenen Standardisierungsprozess ist eine hohe Akzeptanz seitens industrieller Anwender für OPC-UA als plattform- und herstellerunabhängige Kommunikationstechnologie über alle Ebenen der Automatisierungspyramide erkennbar. Die Informationsmodelle innerhalb des OPC UA Standards bieten darüber hinaus die Grundlage zur Realisierung einer semantischen Interoperabilität. Prof. Dr. Dr. Detlef Zühlke Direktor Innovative Fabriksysteme DFKI Kaiserslautern 20. Mai,

4 Zitate aus der Industrie»OPC-UA spielt in unserem Digital Enterprise Platform- Ansatz auf dem evolutionären Weg zur Vision einer Industrie 4.0 eine wichtige Rolle«Prof. Dr. Dieter Wegener Siemens Industry Sector VP Advanced Technologies & Standards 20. Mai,

5 Zitate aus der Industrie»Die Verschmelzung von Automatisierungstechnik und Informationstechnologien benötigt 2 Schlüsselelemente. Erstens - ein intelligentes, vernetztes System, welches regelbasierte Entscheidungen treffen kann und Daten speichert also ein Manufacturing Execution System (MES) und vielleicht wichtiger, zweitens - eine Kommunikationsschicht, die schnell, plattformunabhängig, skalierbar, sicher und sich horizontal sowie vertikal, von der Geräteebene bis in die ERP-Systeme integrieren lässt OPC-UA. Per se haben wir dann unabhängig von dem Ort der gespeicherten Daten ein Industrie 4.0 fähiges System oder ein so genanntes Cyber-Physical-System (CPS).«Angelo Bindi Senior Manager Central Control and Information Systems Continental Teves 20. Mai,

6 Quotes from Industry»As a founding member of the OPC Foundation, Siemens strives to create added value for its customers through driving automation as well as the further development and interoperability of technologies between different system manufacturers. In many of our innovations such as the network management solution Sinema Server, the Human Machine Interface Simatic HMI, or the flexible, modular motor management system Simocode pro OPC standards have been applied. OPC UA is an implementation we attach especially great relevance to. Thus, we have always been strongly involved in this field, and were among the first companies to have their products certified. «Thomas Hahn, Siemens AG 20. Mai,

7 Quotes from Industry»OPC UA allows a platform independent, easy and secure connection between SAP business systems with distributed shop floor data even on smallest embedded devices.«veronika Schmid-Lutz Product Owner Manufacturing SAP AG»OPC UA unlocks the potential for ERP to Factory Floor communications.«dr. Jürgen K. Weinhofer Vice President Control Architecture & Technology Rockwell Automation 20. Mai,

8 Zitate»OPC-UA hat das Potential die Basis für eine schnelle, herstellerübergreifende Implementierung von Industrie 4.0 und der in diesem Zusammenhang benötigten internetbasierten Dienste zu sein. Damit alle diese Chance nutzen und davon profitieren können, ist es notwendig, proprietäre Lösungen dieser Vision unterzuordnen.«dr. Reinhold Achatz Head of Corporate Center Technology, Information & Quality ThyssenKrupp AG 20. Mai,

9 Herausforderungen an Interoperabilität 20. Mai,

10 Interoperabilität: Kriterien Herstellerunabhängig / Neutralität - Vereinheitlichung & Standardisierung NICHT durch Produkte bestimmter Hersteller Alle nehmen das Gerät X vor die Maschine für die Anbindung an MES/SAP Alle nehmen den Editor Y dann haben wir alles es leichter Alle nehmen das Connectivity-PlugIn Z dann sind alle miteinander verbunden - Kundensicht - Ablehnung von Standards die nur von einer Firma gestützt wird - Beispiel: - MDIS (Öl and Gas Branche) / Semiconductor Firmen Japan - Einsatz von Geräte verschiedener Hersteller - Einigung auf Technologie EINES Herstellers nicht möglich Mai,

11 Interoperabilität : Kriterien Branchenunabhängig! - In diversen Branchen haben sich de-facto Standards als Insellösung gebildet Beispiele: - Heimgeräte UPnP - Gebäude Automatisierung BACnet, EIB, KNX, LON, DALI - Elektrische Schaltanlagen IEC Windkraftanlagen IEC Brauerei Weihenstephan (teilweise) - M2M AMQP (Finanzwesen), MQTT (IBM), SIM-Card Historisch sind diese Protokolle häufig gewachsen : - 1. Sammlung (Modellierung) der zu übertragenden Daten - 2. Austausch per Datei (früher INI-Datei heute eher XML Format) - 3. Austausch per Serieller Schnittstelle dann per TCP/IP Schnittstelle - 4. Austausch per WebService - 5. Erweiterung mit Security (Passwort wird als HexCode mit übertragen) 20. Mai,

12 Interoperabilität: Kriterien Betriebssystem unabhängig - Kundensicht - Ablehnung von Standards die nur eine bestimmte Plattform unterstützen - Patente? 20. Mai,

13 Interoperabilität: Kriterien Sprachunabhängig / Toolunabhängig - Kundensicht - Ablehnung von Standards die eine bestimmte Sprache voraussetzen Beispiel Wir einigen uns auf Java, das ist Plattformunabhängig damit geht alles Java benötigt eine Java-VM, diese ist nicht beliebig klein skalierbar.net benötigt eine.net Framework, nicht klein skalierbar - Beispiel Wir einigen uns auf die Toolkette Eclipse oder Microsoft Industry Program Das Engineering wird dann für alle einfacher - Interoperabilität ist aber: Wie arbeitet ein mit Eclipse erstellte Software mit einer Microsoft erstellen App zusammen 20. Mai,

14 Interoperabilität: Kriterien Skalierbarkeit (vom Sensor bis IT MES / Cloud / Enterprise) Profilbildung - Kundensicht - Ablehnung von Standards mit hohen Vorrausetzungen an Gerätehersteller Min. 500 MB RAM, min. 200MHz CPU - Profilbildung ist somit notwendig - Geräte sollte ihren Leistungsumfang abfragbar anbieten können - Full-Profil : Life Daten, Historische Daten, Security, - Nano-Profil : Life Daten von 3 Sensoren Mai,

15 Interoperabilität: Kriterien Protokoll - Kundensicht - Transportschicht muss für die Zukunft erweiterbar / austauschbar bzw auswählbar sein Historisch: Seriell / TCP-binär, HTTP-XML, XMPP, was bringt die Zukunft? - Nicht nur Datenaustausch von Properties! Dienste müssen ausführbar sein z.b. Kommandos Lade Rezept und Produziere 500 Teile - Metadaten Dient der Beschreibung der übertragenden Daten - Möglichkeiten zur Modellierung der Semantik - Datentyp (auch bei komplexen Datentypen) - Live Datum / Historisches Datum / Kommando / Alarm (Callback) - Zugriffsrechte (wer darf welche Daten sehen? Beschreiben?) - Robustheit - Heartbeat um die Kommunikationsstrecke zu überwachen - Eindeutige Sequenznummer für jedes Telegramm 20. Mai,

16 Interoperabilität: Kriterien Security - Kundensicht Verschiedene Benutzer sollen eine unterschiedlichen Zugang zum System haben Visualisierung hat Zugriff auf 2000 Daten, das MES auf 50 Schreib/Lese Zugriffsrechte an Benutzer koppelbar? - Security besteht aus - Authentifizierung und Autorisierung von Benutzern über IT Standards - X509 Zertifikat - Benutzer/Password - Kerberos - Integrität - Signieren der Nachricht verhindert Änderung der Nachricht durch einen Dritten - Vertraulichkeit - Verschlüsselung der Daten 20. Mai,

17 Interoperabilität: Kriterien Standardisierung & Zertifizierung - Kundensicht Vertrauen darauf, dass sich das Protokoll API nicht willkürlich ändert Was ist die internationale Norm - Standardisierung - z.b. Internationale IEC Norm - IP Policies - Zertifizierung Interoperablität erfüllt? - Produkte und Dienste sollen Interoperability -Zertifikat vorweisen - Entwicklertools um während der Entwicklung zu Testen - Plug-Treffen: Internationale Treffen zum Geräte Test - Fremdzertifizierung durch Dritte 20. Mai,

18 Interoperabilität: Kriterien Kooperation - Kundensicht Kann die MES Welt sich auf ein Datenprofil einigen was alle Controller einbinden - Andere Organisationen haben historisch ihre Datenprofile definiert (und dann den Transport gelöst aber nur sub-optimal,.b. keine Security) - Organisationen wollen - ihr Datenprofil behalten (Transport können andere übernehmen) Setzt Datenbeschreibung bzw Modellierung voraus - setzen eine IEC Normierung voraus 20. Mai,

19 Interoperabilität: Kriterien Adaption - Kundensicht Kann man der Verbreitung trauen? Kann das nur Firma x oder auch Firma Y? - Der beste Standard hilft ohne Akzeptanz und Verbreitung nichts 20. Mai,

20 Interoperabilität: Adaption OPC-UA ist vom kleinsten Sensor bis in die Cloud Ebene adaptiert Die Folie reicht nicht aus um alle verfügbaren OPC-UA Produkte zu listen Areva: - OPC-UA-Server ohne OS - 240kB Flash und 35kB RAM 20. Mai,

21 OPC Foundation Vision, Organisation, Aktionen, Events 20. Mai,

22 OPC Foundation Die Vision der OPC ist sichere, zuverlässige, herstellerunabhängige, plattformunabhängige Interoperabilität Die Zusammenarbeit ist der Schlüssel zur Vereinigung von zahlreichen offenen Standards zu einer einheitlichten Plattform Architektur OPC Asia China OPC Foundation Scottsdale, Arizona OPC Europe Verl, Germany OPC Japan Musashino-shi, Tokyo 20. Mai,

23 HEUTE: Vielzahl inkompatibler Protokolle DDE HART RS-232 UNICODE Lonworks ProfiBus V.35 Interbus DNS CC-Link Bluetooth IPsec TCP OAGIS DeviceNet RS-485 CAN Kerberos RS-422 ControlNet DHCP CORBA netdde BAPI EBCDIC HTTP SOAPSNMP DeviceLogix CANopen COM IPXFIPIO ANSI USBFieldBus AS-I Industrial RS-423 DCOM.NET Remoting ARPXML Ethernet OPC-HDA OPC-A&E WMI OLE IPv6 Firewire Modbus 802.1x IPv4 UDP OPC-DA FDI RARP J1939 ICMP Ethernet FTP 20. Mai,

24 OPC Vision: Interoperabilität CE Microchip Tablet Desktop PC Enterprise Servers iphone PLC/Controller Laptop 20. Mai,

25 OPC Foundation Mitgliedschaft restliche Welt ; 43; 10% China ; 29; 6% Nordamerika; 142; 31% Europa; 216; 47% Japan ; 28; 6% 20. Mai,

26 Europe Activities brochure OPC-UA brochure Japan version Welcome, Vision Quotes OPC UA at a glance Organization UA Technology Complicance & Certification Success studies Collaboration Further information 20. Mai,

27 OPC: Vorlage Drucker-Treiber Die OPC Foundation definiert APIs um einen Zugang zu verschiedenen Typen von Prozessdaten zu erhalten Spezielle OPC Schnittstellen für aktuelle Prozessdaten, Ereignisse, Prozess- Alarme und für historische Daten Die OPC Schnittstellen nutzen die Microsoft Windows Basis-Technologie COM/DCOM Hardware Lieferanten können OPC Servers als Standard-Treiber liefern, und Software Lieferanten müssen nur einen Treiber als OPC Client implementieren um auf die Prozessdaten zuzugreifen Application OPC PC PC Application OPC OPC COM DCOM Basic Service of Microsoft OS OPC OPC OPC Driver A Driver B Driver C Field Bus Device 20. Mai,

28 OPC Unified Architecture Die OPC Foundation definiert High-Performance Protokolle (TCP Binary) Ein fester Satz von Diensten um auf alle Informationen zuzugreifen (DA, AE, HDA) Vollkommen Plattformunabhängig (Win, Linux, vxworks, QNX, Solaris, ) Sicherheit (Authentifizierung, Verschlüsselung, Zertifikate) Objekt-orientiertes Informationsmodel Smart-Phone, ipad, App 4840 PC, Panel, Cluster, Mainframe (WinCE, XP, 7, Linux, Unix, ) OPC UA OPC UA Application OPC UA unsecured Network Device UA UA UA UA UA 20. Mai,

29 Anforderungen für OPC UA Security Access control Wide adoption of OPC SCADA Embedded devices Performance Internet Scalability MES Firewalls ERP Communication between distributed systems OPC used as common system interface Common model for all OPC data Redundancy Platform independent Robustness Fault tolerant Type system Base for other standard data models Modeling Data Meta data Method calls Complex data 20. Mai,

30 IoT oder Industrie 4.0? Oder ist das nicht identisch? 20. Mai,

31 Industrie 4.0 Source: Acatech, Final report of the Industrie 4.0 Working Group, April Mai, /05/

32 Industrie 4.0 Schwerpunkte aus dem Vorentwurf vom Die Schaffung neuer Formen der intelligenten Produktionstechnik, um innovative Produkte für den Weltmarkt generieren zu können und heimische Fabriken ressourceneffizienter und flexibler zu machen. 2. Die Optimierung bestehender und die Erfindung neuer Produkte der Automatisierungstechnik, um Deutschland in seiner Automatisierungskompetenz einen größeren Wettbewerbsvorteil zu sichern. 3. Die Standort- und Beschäftigungssicherung durch intelligente Gestaltung der Produktion, des Engineerings und des Produktionsumfeldes, vor allem angesichts des demografischen Wandels und der damit verbundenen Herausforderungen für eine altersgerechte Arbeitsgestaltung. 4. Die Schaffung neuer kollaborativer Formen der Arbeitsorganisation in der Smart Factory, die auf qualitative Anreicherung, interessante Arbeitszusammenhänge, zunehmende Eigenverantwortung und Selbstentfaltung ausgerichtet ist 20. Mai,

33 Industrie 4.0: Intelligente Steuerung Herausforderung: Die Mitglieder des BITKOM, VDMA und ZVEI nannten die Standardisierung als größte Herausforderung zur Umsetzung von Industrie Mai,

34 Wenn Maschinen kommunizieren On? Yes 20. Mai,

35 Besser: Wenn sie sich verstehen Can I see your ID Here is my ID On? Please inform me if something goes wrong Yes 20. Mai,

36 Verstehen = Informatonsmodelle! What can you do for me? Can you lift me up to the second floor? Who are you? My name is R2-D2 I can navigate, lift, drill and cut What is your weight? 200 kg OK, let s start 20. Mai,

37 OPC UA: Was ist spezifiziert? Kommunikationsinfrastruktur Sicher, Interoperable, Verlässlich, Performant, Skalierbar Plattform-unabhängig Technologie: Service-oriented Technologieabbildung unabhängig von den Diensten Kleiner Satz an leicht zu benutzenden Diensten 37 Operationen vs. fast 70 Methoden in OPC DA Adressiert Automatisierung (z.b. Zeitstempel, Status) Informationsmodellierung Reiches, objektorientiertes und erweiterbares Typmodell Typmodell im Adressraum Voll vermaschtes Netz von Knoten Skalierbar: Unterstützt einfache und komplexe Modelle Standardisierte Informationsmodelle basieren auf OPC UA Geräteintegration (FDI, ADI), IEC Motor Starter 01 Parameter Set Control Function Local Operation Multifunction Input DIO Motor Current Low Motor Current High Number of Starts Configuration Motor Current Low Motor Current High Service Info ERP Corporate Network MES Firewall Operations Network HMI DCS Firewall Plant Floor Network Controllers Controllers Motor Starter 01 Service Configuration ParameterSet Control Function Local Operation Multifunction Input DI0 Motor Parameters Number Motor Current L Motor Current High 20. Mai,

38 Kooperationen OPC UA Informations-Modelle 20. Mai,

39 Organizes Organizes Organizes Organizes Organizes Organizes OPC UA: Standardisierte Informationsmodelle (I) Veröffentlicht In Entwicklung FDI (Field Device Integration) OPC UA for Analyser Devices (Spezielles Model für Analysegeräte) OPC UA for IEC (Abbildung des Software-Models) ISA-95 (Integration of control system with enterprise system, MES) OPC UA for Devices (Generisches Model zur Repräsentation von Geräten) BACnet (Building Automation) Motor Starter 01 Base OPC UA Information Model (Generisches Model, Basistypen) ParameterSet Configuration Motor Parameters Control Function Local Operation Multifunction Input DI0 Motor Current Low Motor Current High Service Info Number of Starts OPC-Unified ABB Group 20. Mai, Architecture

40 UA for ISA 95 Common Object Model Modeling Target Object Models Production Activity Capacity Definition Production Definition Production Schedule Production Performance Logical View of Resources Process Segment Resources Role Base Equipment Physical Asset Personnel Material Common Object Model Version 1.0 Released in October 2013 ISA 95 defines a model for Enterprise/Control System integration OPC UA mapping for ISA 95 Resources Models Role based equipment information Physical asset information Personnel information Material information 20. Mai,

41 BACnet Building Automation MES OPC UA Release Candidate Specification BACnet OPC UA Mapping BACnet objects to OPC UA objects BACnet events to OPC UA alarms BACnet logging to OPC UA HA BACnet structure to OPC UA structures BACnet units to OPC UA units OPC UA 20. Mai,

42 Kooperationen: BACnet / BIG-EU Für neue Möglichkeiten der Integration zwischen Industrie- und Gebäudeautomation kooperieren BACnet und OPC-UA bereits: Energiedaten sind durch BACnet semantisch definiert und können bequem und interoperabel per OPC-UA an Enterprise-Systeme bereitgestellt werden: Eine ideale Standardisierung vom Sensor bis in die IT-Abrechungssysteme Frank Schubert Member of the Advisory Board of the BACnet Interest Group Europe 20. Mai,

43 MDIS Oil and Gas Industry Working Group since 2012 MCS DSC Interface Standard Working Group consists of All major Oil companies (operators) All major DCS vendors All major Subsea vendors OPC UA for communication between Subsea Production and DCS Systems 20. Mai,

44 PLCopen & OPC Group: Ergebnisse Beckhoff Bosch-Rexroth PLCopen: PLC1 Logic Inhalt WAS Verschiedene Eingangspunkte Alle Informationen über IEC Projekt: Funktionsbausteine POU s Strukturen Tasks / Resources..... aber semantisch gleiche Objekte! 20. Mai,

45 #1: OPC-UA model for IEC : Results: Semantic interoperability Connection >to the controller < Integrated: OPC-UA server expose PLC information model Mapping: Support official mapping IEC to OPC-UA Benefit Secured, semantic interoperability MES ERP Visu Standard PLC Vendor specific tools Vendor specific devices Vendor specific RFID 20. Mai,

46 PLCopen & OPC Group: Demo Mai,

47 PLCopen & OPC: Current status FB s for Data Communication Prototype implementation of all FB s done! UaConnect UaNodeGetHandle UaNodeReleaseHandle Release 03. April 2014 UaNodeGetInfo UaMonitoredItemCreate UaMonitoredItemDelete UaRead / UaReadList UaWrite / UaWriteList UaMethodGetHandle UaMethodReleaseHandle UaMethodGetInfo UaMethodCall Diagnosis UaConnectionGetStatus 20. Mai,

48 Industrie 4.0: Intelligente Steuerung - Standardisierte Kommunikation >aus der Steuerung< MES System OPC UA Server Plant Engineering OPC UA Server Virtual machine Data base - Controller initiiert Aktionen mit PLCopen standardisierten Funktionsbausteine - Read / Write / Subscribe / Call Methode 20. Mai,

49 Horizontal: Von der Steuerung zur Steuerung Gerät-zu-Gerät Kommunikation basierend auf PLCopen OPC-UA-FB s Beckhoff, Bosch-Rexroth, B&R, Rockwell, Siemens, Yokogawa 20. Mai,

50 PLCopen & OPC: Zusammenfassung Interoperabilität auf dem nächsten Level Ermöglicht OPC Schnittstellen in Embedded Steuerung PLC Informations-Model in einem standardisierten Format Schnelles Engineering für HMI / MES / ERP Verschieben von Information von der Produktionsebene bis ins ERP System Sichere out-of-the-plcopen-box Kommunikation Basis Dienstleistungen für andere Organisationen im Bereich wie z.b. MES 20. Mai,

51 OPC-UA: Nutzen Klassik OPC OPC UA MES Server MES / ERP MES Server MES / ERP API API OPC UA Server / Client Interface PC OPC Connector OPC Client Geringere Kosten Ethernet COM UA TCP OPC Server Protocol Driver OPC Server Protocol Driver Vereinfachung Ethernet Ethernet PLC PLC PLC PLC OPC UA OPC UA 20. Mai,

52 Kooperationen: MES Konnektivität MES-Konnektivität 23. Januar 2013: OPC UA Workshop mit Fokus MES 28 MES-DACH Firmen nahmen am OPC UA Workshop teil Ziel Optimimale Kopplung Factory Floor to Top Floor mit UMCM und OPC-UA Semantik Was wird übertragen Transport Wie wird übertragen 20. Mai,

53 OPC & AutomationML 20. Mai,

54 Auto-ID Interoperability - proprietary MES SCADA 20. Mai,

55 AIM and OPC Foundation (Association for Automatic Identification and Mobility) AIM Global founded 1972 in USA (>700 members in 43 countries) Represents the large majority of AutoID technology and service providers AIM Germany Austria Switzerland (more than 130 members) Contacts: Wolf-Rüdiger Hansen (AIM Managing Director) Markus Weinländer (Member of the AIM Board & OPC Alliance Manager) Olaf Wilmsmeier (HARTING) 20. Mai,

56 AIM & OPC UA Companion specification for AutoID industry Manufacturer-independent semantics AutoID solutions to be build more easily and more costeffectively Timeline: Announced at Hanover Fair First version available at Hanover Fair 2015 Project conducted by the AIM WG SI (Systems Integration) Next meeting at Hans Turck GmbH in Mühlheim Mai,

57 OPC-UA Protocol for Integrated Industry Connectivity Fieldbus independent Security MES SCADA OPC-UA RFID Transponder RFID Reader 20. Mai,

58 Erfolgsgeschichten Vertikal Von der Steuerung zu SAP MES via OPC UA 20. Mai,

59 Elster: Auf einen Blick 7,000 Mitarbeiter 38 Standorte 200 Millionen Installationen in den letzten 10 Jahren 115 globale Märkte Global Market Upstream Transmission Metering Gas, Water, Electricity Utilization Heating, Process Heat 20. Mai,

60 Beispiel #1 Fertigung Drucker Verpackungs -schild Drucker Typenschild D 3 4 F M5 5 1 M1 M3 M4 S2 S1 2 M2 Drucker Serialschild SAP Briefkasten 1 - Druck Seriennummer 2 - Zusammenbau 3 - Prüfung 4 - Funktionstest 5 - Packen 20. Mai,

61 UA Lösungen: PLC zu MES Erfolgsgeschichte: Von der Produktion Shop Floor zum MES Top Floor Direkte Verbindung von der Steuerung in MES-SAP Nutzen: - einfache Nutzung für PLC und MES Team - standarisierte Schnittstellen Schicht - Performance: schnelle Verbindung - Daten Beschaffenheit - Beinhaltet Sicherheit out of the box Metering Gas, Water, Electricity Elster: - 7,000 Mitarbeiter, 38 Standorte Millionen Installationen in den letzten 10 Jahren globale Märkte 20. Mai,

62 M2M / IoT Szenario: Wasserwirtschaft - Zweckverbandes Wasser und Abwasser Vogtland Betreiber von trink- und abwassertechnischen Anlagen - Dezentralität Anlagen (Pumpwerke, Wasserwerke, Hochbehälter..) - Verteilt auf ca km² - Direkte M2M Kommunikation zwischen Anlagenteilen - Pumpe1 an Pumpe2 - Leitwarte an Komponenten 20. Mai,

63 M2M Szenario: Beispiel Wasserwirtschaft - Zweckverbandes Wasser und Abwasser Vogtland Betreiber von trink- und abwassertechnischen Anlagen - Dezentralität Anlagen (Pumpwerke, Wasserwerke, Hochbehälter..) - Verteilt auf ca km² - Direkte M2M Kommunikation zwischen Anlagenteilen - Pumpe1 an Pumpe2 - Leitwarte an Komponenten - Einsatz von 2G- oder 3G-Mobilfunkrouter, Vertrag Vodafone cda 2.0 (500MB Traffic/Monat) - "einfaches" Abwasserpumpwerk mit 2 Pumpen und 1 Füllstandsmessung ergibt ca. 200 Prozesswerte - alle Störungen der elektrischen Bauteile - Füllstand und Betriebsstati der Aggregate - Messungen von Temperatur Schaltschrank usw 20. Mai,

64 Pump werk 1 1 Störung Qualität Trinkwasser Wasser werk 1 Leitsystem Abfrage von 1 Prozesswerten, Anlagenstati 2 Abfrage von Prozesswerten, Anlagenstati Geschlossene Mobilfunk- Benutzergruppe 2 Bitte Füllen Hochbehälter übernehmen Füllstand erreicht Hochbehälter 1 2 Pumpen aus Pumpe 1 bitte stoppen! Pumpwerk 2 macht das jetzt! 4 3 Ich arbeite jetzt für dich! Pumpwerk 2 Wasser werk 2 LTE / UMTS / GPRS OPC UA OPC UA Client Server Logik: PLCopen IEC SPS Abstraktionslay er je M2M device IO Hardware: Sensorik / Aktorik 20. Mai,

65 M2M Szenario: Beispiel Wasserwirtschaft - Ziel erreicht durch: Standardisierung auf Stand der Technik - Moderne SPS mit Objekt orientiertem SPS Projekt - Intelligente M2M Kommunikation direkt zwischen Komponenten Vereinheitlichung der Datenübertragung: Bedeutet NICHT die Standardisierung durch Produkte bestimmter Hersteller. SONDERN der Standardisierung von Technologien der Datenkommunikation: Weniger Schnittstellen zu nachbar- bzw. übergeordneten Systemen Anforderung erfüllt mit OPC-UA bis in den Controller - Security: Datenintegrität und Schutz vor unautorisiertem Zugriff + Mobilfunk mit geschlossener Benutzergruppe, User/Password + Authentifizierung, Verschlüsselung, Zugriffsrechte erfüllt mit OPC-UA - Zwischenpufferung (Ausfall der Datenkommunikation bedeutet nicht Verlust der Daten) Anforderung erfüllt mit OPC-UA - OPC-UA erzielte 90% Kosteneinsparung an Lizenzgebühren zum vorherigen proprietären System, zusätzlich einfacheres Engineering 20. Mai,

66 Smart Metering: Messen, Puffern, Pushen von Daten in Big Data Wer - Regio IT Gesellschaft für Informationstechnologie mbh in Kooperation mit dem Gebäudemanagement der Stadt Aachen Lösung - Energiemonitoring-System e2watch - Lösung für alle Anforderungen zur energetischen Betriebsführung Beispiel - Im kommunalen Sektor werden bis zu Liegenschaften mit der Gebäudeverwaltung verwaltet 20. Mai,

67 Smart Metering: Messen, Puffern, Pushen von Daten in Big Data Anforderungen - Verteilt: Große Anzahl dezentraler Geräte / Meßstellen (2000+) - Handhabung??? Einfachheit! - Vor Ort unterschiedliche Anzahl Messpunkte ABER: Keine lokale Konfiguration der Meßgeräte - Auslieferung eines Schaltschrankes, dann nur Plug & Work - Einfacher Austauschmöglichkeit - Sicherheit Keine offenen Ports in der Firewall in den Meßgeräten 20. Mai,

68 Smart Metering: Messen, Puffern, Pushen von Daten in Big Data Anforderungen - Skalierbar: Jeder Mandant bekommt eigenen Datenpool VM / Cloud Mandant x VM / Cloud Mandant y Controller 1 Controller 2 Controller 1 Controller Mai, Beckhoff IPC Diagnostics

69 Vertikal: Vom Controller in Big data Cloud Smart Metering: Controlling von Energieverbrauch 20. Mai,

70 Lösungen Vom Sensor zu IT Enterprise & Cloud 20. Mai,

71 OPC-UA at Chip Level: Software OPC-UA at Chip Level enables Internet of Things One of the smallest OPC-UA server that makes software integration easy for the simplest devices in the Internet of things. Ported into very resource limited devices such as a sensor integrated with a communication interface, and communicate directly for vertical integration. Platform specification: TPS-1 Chip, Available memory < 64 Kb Operating system: EmbOS Connectivity: Ethernet (two port switch and non real-time TCP/IP channel parallel with a real-time channel) 20. Mai,

72 OPC-UA at Chip Level: Software OPC-UA at Chip Level enables Internet of Things OPC UA Services Nano Embedded Device Server Profile Read, Browse OPC UA Information Model Simple sensor data Basic device information Footprint (15 Kbyte) OPC UA Stack: 10 Kbyte Micro TCP/IP stack: 5 Kbyte 20. Mai,

73 UA Lösungen: Sensor level Fraunhofer Institut, Lemgo Areva: OPC-UA-Server im Strom- Mess-Sensor 240kB Flash und 35kB RAM 15kB footprint ermöglicht Integration für kleinste in Internet of things. Portierung in kleine Geräte mit begrenzten Ressourcen, wie z.b. ein Sensor. Mit integriertem OPC-UA ist das Gerät für vertikale Kommunikation fähig. 20. Mai,

74 UA Lösungen Gateway Level Firma SSV HW: IGW/865 Gateway serial/tcp CPU ARM9 Atmel AT91SAM9263 OS Linux OPC OPC-UA Server 20. Mai,

75 UA Lösungen: Feldgerät Level MES ERP Firma Siemens HW: SIMOCODE pro V PN SIRIUS Motor Management System CPU ERTEC200 mit ARM946 OPC UA-Server RFID Reader Visu PLC RFID Transponder on field level 20. Mai,

76 UA Lösungen: Operator / HMI level Firma Siemens HW: KTP400 Comfort HMI Panel WinCC V11 (TIA Portal) CPU ARM11 OS Windows Embedded CE6 OPC OPC-UA Client Firma Garz&Fricke (HW) / Inosoft (SW) HW: Panel PC Cupid CPU ARM11 Freescale i.mx35 OS Windows CE6.0R3 SW VisiWin HMI software OPC OPC-UA Client 20. Mai,

77 UA Lösungen: Verbraucher-Level Firma Unified Automation (SW) HW: Samsung CPU ARM OS Android OPC OPC-UA Client C++ Firma ProSys (SW) HW: Samsung CPU ARM OS Android OPC OPC-UA Client Java 20. Mai,

78 UA Lösungen: Windturbinen Areva Multibrid 5000 Windturbine Offshore (Alpha Ventus) Verbindung zu IT: OPC-UA Steuerung: Windows Embedded CE PLC mit integriertem UA Server GUI: C# Client basierend auf Toolkit von Unified Automation 20. Mai,

79 UA Miele Verbindung zwischen - HMI Siemens WinCC V7.0 - PLC BECKHOFF TwinCAT OPC-UA Ethernet TCP/IP Company Allmendinger OPC UA Client for WinCC 30 Teststationen mit OPC-UA Server Because of the use of OPC-UA we got a stabil and high-performance system, which meets our requirements. Frank Mestekemper, Miele 20. Mai,

80 UA Arburg Firma: Applikation: OPC UA: Arburg weltweit führender Lierferant von Spritzgieß-Maschinen VxWorks basierend auf PLC Embedded OPC UA Server Visualisierung Konfiguration Diagnose Vertikale Integration HMI/SCADA MES Pre-installed Pre-configured Data consistence 20. Mai,

81 Die Automatisierungspyramide..noch aktuell? 20. Mai,

82 Von der Steuerung zum IT Level Gestern Vom Signal -> via Daten -> via Funktionen > zur Dienstleistung Aus Kommunikationssicht: - obere Ebene initiiert und fordert Daten an - unterlagerte Ebene liefert - viele Datenkonvertierungen 20. Mai,

83 Von der Steuerung zum IT Level Verbindungsschichten in unserer modernen Welt Vertikal: SCADA / MES / ERP mit SPS Cloud OPC-UA für gleichen Zugang zu Datenprofilen in Produktionsgeräten Horizontal: PLC mit PLC ERP OPC-UA für gleichen Protokoll-Zugang für Datenaustausch I/O: PLC mit Fieldbus Gleicher Zugang zu Datenprofilen in Produktionsgeräten Cloud: PLC mit Cloud OPC-UA für gleicher Zugang zur Cloud für Daten-Logging MES SCADA / HMI OPC-UA OPC-UA OPC-UA OPC-UA PLCs OPC-UA Factory Floor 20. Mai,

84 Von der Steuerung zum IT Level Morgen Übergangsprozess Von Dienstleistung -> zu Dienstleistung Grafik: Prof. Zühlke, DFKI 20. Mai,

85 Zertifizierung IOP workshops IOP-Europe Workshops hosted each year by Siemens, Nuremberg Karl Heinz Deiretsbacher Chair OPC Technical Advisory Siemens AG 2011: more UA than classic products registered 2012: nearly only UA products tested 2013: OPC-UA stress test 20. Mai,

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