Aktivtäten zur OPC UA Companion Spezifikation für Nahrungsmittel und Verpackungsmaschinen auf Basis der Weihenstephaner Standards

Transkript

1 Aktivtäten zur OPC UA Companion Spezifikation für Nahrungsmittel und Verpackungsmaschinen auf Basis der Weihenstephaner Standards Infotag, OPC UA in der Praxis Dr. Tobias Voigt, TUM Lebensmittelverpackungstechnik

2 Agenda Use Cases aus Sicht der Lebensmittelproduktion MES/MOM Integration M2M Kommunikation Weihenstephaner Standards (WS) aktuell WS Protokoll WS Datenpunktbibliotheken WS Industrieanwender/Nutzer WS goes OPC UA Motivation Fahrplan Fazit

3 MES Aufgaben im Lebensmittelbetrieb (weiterentwickelt nach VDI 5600) Ebene 4 ERP Ebene 3 - MES Feinplanung und Feinsteuerung Betriebsmittelmanagement Materialmanagement Personalmanagement Maschinendatenerfassung Leistungsanalyse Qualitätsmanagement Chargenverfolgung Ebenen 0-2

4 Anlagenübergreifende Prozessvisualisierung [Quelle: COPA-DATA GmbH ]

5 Produktionsüberwachung im Gantt-Chart [Quelle: COPA-DATA GmbH ]

6 Produktionsmanagement [Quelle: KHS GmbH] [Quelle: Krones AG]

7 Echtzeit Plantafel mit Auftragsfortschritt [XAVO AG 2017]

8 Bestands- und Auftragsübersicht [XAVO AG 2017]

9 MES Aufgaben im Lebensmittelbetrieb (weiterentwickelt nach VDI 5600) Ebene 4 ERP Ebene 3 - MES Feinplanung und Feinsteuerung Betriebsmittelmanagement Materialmanagement Personalmanagement Maschinendatenerfassung Leistungsanalyse Qualitätsmanagement Chargenverfolgung Ebenen 0-2

10 Horizontale Linienintegration (M2M) [B. Griffen, OMAC Packaging Workgroup and Nestle, 2011]

11 Horizontale Linienintegration (M2M) ChoConnect at Interpack 2017: machine-to-machine communication virtual manufacturing line for producing and wrapping of chocolate Data exchange via OPC UA and Weihenstephan Standards M2M-communication to visualize machine status i.e. [Röhm, THEEGARTEN-PACTEC GmbH & Co. KG, 2017]

12 Weihenstephaner Standards Standardschnittstelle Tagnamen/ Nummern Datentypen XML Gerätebeschreibung Ethernet Netzwerk Kommunikationsbefehle Testtool MES Fertigungssteuerung Qualitätssicherung Chargenverfolgung Effizienzanalyse Datenpunkte Maschinen Controller Lebensmittelproduktion/Getränkeabfüllung, Verpackung

13 Die Befehlssätze NOOP: READ_SVALUE: WRITE_SVALUE: Keine Funktion ( Lebenszeichen ) Lesen eines Wertes Schreiben eines Wertes Minimalanforderungen Optional: READ_LIST: Lesen einer Liste von Werten WRITE_LIST: Schreiben einer Liste von Werten READ_MVALUE: Lesen mehrerer Werte WRITE_MVALUE: Schreiben mehrerer Werte READ_STRING: Lesen einer Zeichenfolge WRITE_STRING: Schreiben einer Zeichenfolge READ_CONFIG: Lesen der Gerätebeschreibungsdatei READ_MIXED_LIST: Lesen einer Liste von Werten WRITE_MIXED_LIST: Schreiben einer Liste von Werten

14 WS Kommunikation READ_ SVALUE WORD 0x0002 RESULT_ CODE WORD 0x0000 TAG_ NUM WORD 0xC451 (50257) TAG_ NUM WORD 0xC451 (50257) DUMMY DWORD 0x VALUE DWORD 0x (10000)

15 Struktur der WS Datenpunkte Inhalt des Datenbereichs Tagnummern freier Bereich Daten zur Maschinenkommunikation Daten zur Chargen- und Artikelverfolgung Daten zur Betriebsart/zum Maschinenzustand Daten zum Programm Daten zum Betriebszustand Daten zur Übereinstimmung mit OMAC Richtlinien Platz für Erweiterungen Freier Bereich Störmeldungen Hinweismeldungen Parameter Messwerte Zählwerte * Listen Platz für Erweiterungen

16 Beispiel eines Datenpunkts WS Standard Datenpunkt, Präfix WS Name: Tagnummer: Tagname: Datentyp: Lese-/Schreibzugriff: Beschreibung: Zusätzliche Datenpunkte mit anderem Präfix, z. B. Datenpunkt des Unternehmen XYZ AG (Vakuumfüllmaschine) Name: Tag-Nummer: Tag-Name: Format: Lese-/Schreibzugriff: Beschreibung: Portionen gesamt (Total Portions) WS_Tot_Portions Unsigned32 R Dieser Datenpunkt informiert über die Anzahl aller produzierten Portionen. Wurstdärme gesamt (Total Casings) (im freien Bereich der Zählwerte) XYZ_Tot_Casings Unsigned32 R Dieser Datenpunkt gibt die Anzahl aller verarbeiteten Därme an.

17 Struktur der WS Datenpunkte Inhalt des Datenbereichs Tagnummern freier Bereich Daten zur Maschinenkommunikation Daten zur Chargen- und Artikelverfolgung Daten zur Betriebsart/zum Maschinenzustand Daten zum Programm Daten zum Betriebszustand Daten zur Übereinstimmung mit OMAC Richtlinien Platz für Erweiterungen Freier Bereich Störmeldungen Hinweismeldungen Parameter Messwerte Zählwerte Listen Platz für Erweiterungen

18 Chargenverfolgung bei WS Food (offener Produktweg) Zu erfassende Daten bei Entladung/Teilentladung einer Maschine Istwert Chargenbezeichnung Kutter (WS_Cur_Batch_ID) Ausgangsanzahl (WS_Count_Out) Ausgangsmasse (WS_Mass_Out) Ausgangsvolumen (WS_Volume_Out) Transporteinheitenbezeichnung (WS_Unit_ID_Out) Zu erfassende Daten bei Entladung/Teilentladung einer Transporteinheit Eingangschargenbezeichnung (WS_Batch_ID_In) oder Eingangstransporteinheitenbezeichnung (WS_Unit_ID_In) Eingangsanzahl (WS_Count_In) Eingangsmasse (WS_Mass_In) Eingangsvolumen (WS_Volume_In) Aktuelle Chargenbezeichnung der Füllmaschine (WS_Cur_Batch_ID)

19 Chronologie WS 2000 WS 2005 general part WS 2005, Part 1 physical interface specifications WS 2005, Part 2 specification of the interface content WS 2005, Part 3 data evaluation and reporting WS 2005, Part 4 approval and safe operation Erweiterung Verpackungsanlagen 2007 WS Food Fleischverarbeitung am Beispiel Wurstherstellung 2010 WS Bake Backwarenherstellung 2015 WS Brew Batch Prozesse laufend seit 2017

20 Datenprofile für unterschiedliche Maschinentypen in Arbeit

21 Der gemeinsame WS Industrieanwenderkreis 18 Lebensmittel/Getränkehersteller 32 Maschinenbauunternehmen 18 Technologielieferanten über 400 Einzel- und 68 Firmenlizenzen

22 Weihenstephaner Standards über OPC UA Gründe Performanteres Protokoll ERP Informationsmodell IT Security Selbstidentifikation der Devices MES IoT-Standard Leit system Keine proprietäre Eigenarbeit Branchenübergreifende Akzeptanz und Kompatibilität

23 Laufendes Projekt WS goes OPC UA Erstellung einer OPC UA Companion Specification zur substituierenden Portierung der Weihenstephaner Standards Ziel: Informationsmodell für MES/MOM, IoT und M2M bearbeitet durch Maschinenidentifikation mit aussagekräftiger Dienst- und Schnittstellenselbstbeschreibung Produktionssteuerung (z. B. Anbindung von reaktiven Produktionsfeinplanungssystemen) Tracking & Tracing von Chargen, Transporteinheiten und Aufträgen Qualitätssicherung gefördert durch Effizienzanalyse (z. B. OEE Kennzahlen, Kostentransparenz)

24 WS goes OPC UA Informationsmodell Prototypische Implementierung Release Candidate Unter Berücksichtigung verwandter/paralleler Aktivitäten OPC Unified Architecture for PackML Common Object Model EUROMAP 83: OPC UA interfaces for plastics and rubber machinery OPC UA in der Wägetechnik

25 WS-Referenzmodell Geplantes Testszenario OPC UA Server OPC UA Client

26 Fazit Standardisierte Maschinenkommunikation aus Sicht der Lebensmittelindustrie notwendig MES/MOM Integration M2M Kommunikation Zukünftig Smart Machines Weihenstephaner Standards (WS) aktuell Protokoll Proprietär auf TCP/IP (ohne Security) Etablierte Datenpunktbibliotheken für MES Anbindung WS goes OPC UA Nutzung eines branchenunabhängigen IoT Standards Unterstützung durch VDMA