INDUSTRIAL AUTOMATION. Wie verändert OPC UA die klassischen Kommunikationsstrukturen? , Würzburg Jürgen Lange

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1 INDUSTRIAL AUTOMATION Wie verändert OPC UA die klassischen Kommunikationsstrukturen? , Würzburg Jürgen Lange

2 OPC UA heute die Brücke zwischen Automatisierung und IT Warum OPC UA bei Industrie 4.0 gesetzt ist (RAMI 4.0) OPC UA morgen die Brücke zwischen Sensor und Cloud Wie OPC UA die klassischen Kommunikationsstrukturen verändert Softing 2015 / Seite 2

3 OPC OPC Classic, Industriestandard seit 1996, OLE for Process Control OPC Unified Architecture, IEC Standard seit 2011/2012, Open Platform Communications Weltweit einheitlicher Standard für eine sichere, zuverlässige, Herstellerund Plattform-unabhängige industrielle Kommunikation Zahlen (geschätzt, Quellen: OPC Foundation, Softing) > OPC Hersteller >> OPC Produkte >> OPC Installationen Softing 2015 / Seite 3

4 Von Classic OPC zu OPC UA Technology Life Cycle Curve OPC UA OPC Chasm Innovators Early Adopters Early Majority Late Majority Laggards Technology Visionaries Pragmatists Conservatives Skeptics Enthusiasts Source: Inside the Tornado by Geoffrey A. Moore, HarperBusiness, 1995 pages 14 & 19 Zeit Softing 2015 / Seite 4

5 Einheitliches Datenmanagement UNIX Feldbusse Ethernet, SOAP Desktop Windws PC HMI/SCADA MES, ERP Visualisierung Bedienung, Steuerung Konfiguration Diagnose Geräte Fernwartung serielle Protokolle SPS Ethernet, UA Binary Embedded Systems (WinCE, VxWorks, QNX, ) Condition Monitoring OEE Analyse Datenarchivierung Softing 2015 / Seite 5

6 von der Feldebene bis zum ERP UA Client UA Client UNIX, Linux, Firewall Enterprise Network Operations Network UA Client UA Server UA Client ERP MES Plant Floor Network UA Server UA Server UA Client UA Server UA Server UA Client Linux, VxWorks, QNX, P L P L P L P L Softing 2015 / Seite 6

7 OPC UA heute die Brücke zwischen Automatisierung und IT Warum OPC UA bei Industrie 4.0 gesetzt ist (RAMI 4.0) OPC UA morgen die Brücke zwischen Sensor und Cloud Wie OPC UA die klassischen Kommunikationsstrukturen verändert Softing 2015 / Seite 7

8 OPC UA im Kontext Industrie 4.0 Die einzige mir derzeit bekannte Kommunikations-technologie in der Fabrik, die Sicherheitsaspekte mit eingebaut hat, und auch Potenzial für die Herausforderungen einer Industrie 4.0 bietet, ist OPC UA", Holger Junker, Referatsleiter Cyber-Sicherheit, Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) Softing 2015 / Seite 8

9 OPC UA im Kontext Industrie 4.0 OPC UA ist als einzige Technologie für die Realisierung der Kommunikationsschicht im Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 RAMI 4.0 gesetzt Softing 2015 / Seite 9

10 OPC UA im Kontext Industrie 4.0 OPC UA als Bindeglied zwischen allen Komponenten der weltweit ersten industriellen Industrie 4.0-Anlage der SmartFactory KL OPC UA in zahlreichen I4.0 Forschungs- und Förderprojekten gesetzt Softing 2015 / Seite 10

11 Vorteil #1: Unified Architecture Prozessdaten, Alarme und Meldungen, historische Daten inkl. Security, Safety und Semantik in einer einheitlichen Architektur Beispiel Prozessleitsystem für maritime Lösungen: UA DA, AC, HA, UA Security Verteilte OPC UA Server mit Serveraggregation Über Datenpunkte Integriertes UA / DA Gateway Dynamisches Redundanzkonzept (basierend auf Service Level) Softing 2015 / Seite 11

12 Vorteil #2: plattformunabhängig KROSY ERP System BECKHOFF OPC UA-Client Ethernet Embedded OPC UA Server OPC UA ist portierbar auf nahezu beliebige Plattformen Beispiel international agierender deutscher Automobilzulieferer Kromberg & Schubert: Hochverfügbare Datenerfassung, Visualisierung und Weiterverarbeitung auf Solaris Kommunikation mit Steuerungen verschiedener Hersteller über OPC UA Embedded OPC UA Server SIEMENS Softing 2015 / Seite 12

13 Vorteil #3: einbettbar OPC UA Server Vorinstalliert Vorkonfiguriert Datenkonsistenz MES OPC UA Server OPC UA Client OPC UA Server Softing 2015 / Seite 13

14 Vorteil #4: skalierbar Vom Sensor bis ins SAP Limitierte Funktionalität im embedded OPC UA Server OPC UA in beliebigen CPS SAP Plant Connectivity OPC-UA Ha-VIS Middleware OPC-UA OPC-UA SPS RFID Transponder RFID Reader RF-R500 (Linux) Softing 2015 / Seite 14

15 Vorteil #5: sicher / Security Triconex Trident Sicherheitssystem VxWorks basierte Steuerung mit embedded OPC UA Server Nutzer-Authentifizierung, X.509 Zertifikate, Nutzdatenverschlüsselung Wurldtech Achilles Security Assessment zertifiziert Softing 2015 / Seite 15

16 Vorteil #6: sicher / Safety Triconex Trident Sicherheitssystem mit embedded OPC UA Server Fehlertolerante Steuerung mit dreifacher Modulredundanz für die Steuerung kritischer Prozesse Erhöhte Verfügbarkeit garantiert unterbrechungsfreien Betrieb TÜV-zertifiziert für Einsatz SIL 3 Anwendungen gemäß IEC Softing 2015 / Seite 16

17 Vorteil #7: semantische Interoperabilität OPC UA definiert wie Daten ausgetauscht werden Informationsmodelle definieren was ausgetauscht werden soll Metadaten, Geräte-Profile, Modellierung des OPC UA Adressraums Companion Standards Beispiel SERCOS Companion Standard Kombination des Sercos-Echtzeit-Protokolls und der Sercos Geräte- Profilen mit OPC UA Modellierung der Sercos Parameter im OPC UA Adressraum Integration von Sercos in übergeordnete IT-Systeme Softing 2015 / Seite 17

18 OPC UA heute die Brücke zwischen Automatisierung und IT Warum OPC UA bei Industrie 4.0 gesetzt ist (RAMI 4.0) OPC UA morgen die Brücke zwischen Sensor und Cloud Wie OPC UA die klassischen Kommunikationsstrukturen verändert Softing 2015 / Seite 18

19 OPC UA Erweiterungen für Industrie 4.0 (1/3) Deterministische Echtzeitkommunikation, Ethernet basiert TSN (Time-Sensitive Networking) Kommunikationsschicht IEEE TSN Task Group Übertragung von Daten/Datenströmen über Ethernet-Netzwerke Sehr geringe Übertragungslatenz und hohe Verfügbarkeit OPC Arbeitsgruppe: deterministische M2M / Controller2Controller Kommunikation über OPC UA Softing 2015 / Seite 19

20 OPC UA Erweiterungen für Industrie 4.0 (2/3) Publisher Subscribe Modell (veröffentlichen und abonnieren) Ermöglicht neben Client- / Server Kommunikation zusätzlich One-to-Many- und Many-to-Many-Kommunikation Effizienteste Form, Daten gleichzeitig an mehrere Empfänger zu publizieren Datenmonitoring und Auswertung in der (privaten) Cloud Softing 2015 / Seite 20

21 OPC UA Erweiterungen für Industrie 4.0 (3/3) OPC Foundation goes Open Source GNU General Public License (GPL) Make versus Buy TCO Softing 2015 / Seite 21

22 OPC UA heute die Brücke zwischen Automatisierung und IT Warum OPC UA bei Industrie 4.0 gesetzt ist (RAMI 4.0) OPC UA morgen die Brücke zwischen Sensor und Cloud Wie OPC UA die klassischen Kommunikationsstrukturen verändert Softing 2015 / Seite 22

23 Von der Automatisierungspyramide. Zu Services WLAN ERP-Level Enterprise Resource Planning IP Ethernet COMMUNICATION LAYER Über Funktionen Control room Ethernet IP xx.x MES-Level Manufacturing Execution System COMMUNICATION LAYER 1) E/A Kommunikation 2) M2M Punkt zu Punkt Über Daten Steuerungen (SPS, PAC,, CNC, PLS) M2M / Controller/Controller über Feldbus oder Ethernet Control-Level Steuerungen (SPS) 1) 2) Feldbus, Ethernet COMMUNICATION LAYER Vom Signal INPUT UMTS UMTS processes maintenance logistics manufacturing Power OUTPUT Device-Level Sensor-Actor- Machine Echtzeit kritisch Softing 2015 / Seite 23

24 zu flexiblen, dezentral organisierten Netzwerken Softing 2015 / Seite 24

25 Zusammenfassung OPC UA löst größte Herausforderung von Industrie 4.0: Standardisierung Für die Vernetzung über das Internet erfüllt OPC UA die wichtigste Grundvoraussetzung von Industrie 4.0: Sicherheit Koexistenz von Feldbussen und echtzeitfähigem OPC UA OPC UA verändert die klassischen Kommunikationsstrukturen Evolution, keine Revolution Softing 2015 / Seite 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Jürgen Lange Senior Account Manager Embedded Technology Products Softing Industrial Automation GmbH Softing 2015 / Seite 26