Verfahrenstechnik 7-8/2021

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN
UNIVERSELLES INDUSTRIENETZWERK
Quelle: VDI (2013), MDPI (2019)
External World
Management Level
L4
Planning Level
L3
Supervisory Level
L2
Control Level
L1
Field Level
L0
Semantische Interoperabilität vom Feld bis zur Cloud
Smarte Automatisierungsgeräte
Netzwerksegmente
Funktion
IT-bezogen
OT-bezogen
OPC UA ist kein Protokoll!
Es ist eine Sammlung von
Technologien, die einen
sicheren Austausch von
standardisierten
Informationen vom Sensor
zur Cloud (und zurück)
gewährleisten.
OPC UA over ...
TCP, UDP, MQTT, ... APL,
SPE, 5G, TSN, ...
03 Von der
Automatisierungspyramide
zum
Informations netzwerk
len, um somit einen sicheren Austausch
von standardisierten Informationen skalierbar
vom Feld bis in die Cloud (und zurück)
zu ermöglichen – inklusive Geräteerkennung,
Onboarding und mehr.
Es gibt eben nicht das eine Protokoll, das
perfekt für Echtzeitmechanismen im Feld
ist, aber auch Cloud-Anforderungen erfüllt:
OPC UA liefert daher verschiedene Basismechanismen
zur Verteilung von Informationen
und nutzt dazu verschiedene unterlagerte
Transportwege wie TCP, UDP,
HTTPS, MQTT, REST-API...APL, SPE, 5G,
TSN etc. Als Beispiel wird „OPC UA over
MQTT“ vertikal in die Cloud und „OPC UA
via REST“ für die Interaktion mit Webapplikationen
genutzt. Die Erweiterung mit weiteren
Industrie-relevanten Transportlayern
In der Prozessautomatisierung wird sich
(mit langem Atem) „OPC UA over APL“ als
Nachfolger des heutigen De-facto-Standards
Hart etablieren und sich nach und nach als
neue Lösung durchsetzen – zunächst für den
„North Port“ für den „zweiten Kanal“ der
NOA-Diagnose, später dann auch für den
„South Port als Datenkanal“.
Stefan Hoppe
ermöglicht erweiterte Einsatzszenarien,
bietet aber auch Investitionsschutz: Mit
Ethernet-APL wächst OPC UA beispielsweise
in der Prozessindustrie von der Edge in
die Feldebene, andere Erweiterungen sind
zum Beispiel 5G für mobile Anwendungen.
Der eigentliche Mehrwert oberhalb der
Transportschichten sind aber viele zusätzliche
OPC UA Dienste wie z. B. automatisches
Puffern der Informationen bei
Ausfall der Kommunikationsstrecke,
Redundanz- oder Auditfunktionen.
Wege zur IT-Sicherheit
OPC UA bietet integrierte „by design“ Security
auf verschiedenen Ebenen für das
Transport-, Applikations- und Benutzerlevel.
Spezifikation und Sourcecode wurde
von internationalen Security Experten,
z. B. dem BSI aus Deutschland analysiert,
Open Source hilft zusätzlich, Vertrauen zu
schaffen. Wichtig: Die Sicherheit geht
über verschiedene Transportwege hinweg
vom Sender bis zum Empfänger.
Standardisierte Daten und deren Kontext
(kurz: Semantik) zu übertragen, ist ein
wesentlicher Schlüssel zum schnelleren
Engineering und Verständnis von Daten.
Die OPC Foundation organisiert und harmonisiert
derzeit in mehr als 63 Initiativen
mit anderen Organisationen: Nur durch
die Kombination der OPC UA Informationstransport-Sicherheitstechnologie
(das
„Wie“) mit den standardisierten Datenmodellen
der Partner (das
„Was“) ist sichere industrielle
Interoperabilität
gewährleistet.
Aus der Prozessindustrie
haben sich Verbände
wie „The Open
Group“ mit dem Standard
OPA-S ebenso für
OPC UA als integriertem
Standard entschlossen
wie NOA
(für den Diagosekanal),
MTP und MDIS.
Weitere UA-basierende
Informationsmodelle sind DEXPI, PA-DIM
aber auch 31 UA-Beschreibungen vom
VDMA für z. B. Pumpen, Motoren, Wägetechnik
und weitere Komponenten.
Schutz der Anwender
Die OPC Foundation könnte man (gemeint
im besten Sinne) als die „Vereinten
Nationen der Automation“ bezeichnen.
Jede der Mitgliedsfirmen, ob groß oder
klein, hat nur eine Stimme. Über die IPR
Policy der OPC Foundation gewähren die
über 820 Firmen einen Patentschutz zur
Nutzung der OPC UA Technologie (quasi
einen Nicht-Angriffs-Schutz) – nicht nur
gegenseitig, sondern auch für Nicht-OPC-
Mitglieder, die OPC UA implementieren
oder einfach nur nutzen. Offene Spezifikationen,
Open Source und ein OPC-Labor,
das auch für nicht zahlende OPC-Mitglieder
offen ist, bieten eine gute Grundlage
zur Verbreitung der Technologie.
Die OPC Foundation Field-Level-Initiative
(FLC) stellt das weltweite Gravitationszentrum
für die Erweiterung von OPC UA
in der Feldebene dar: 320 Experten aus
mehr als 65 Unternehmen arbeiten an dem
gemeinsamen Ziel, den Anwendungsbereich
von OPC UA auf die Feldebene zu erweitern
und dabei alle Anforderungen der
Feldkommunikation wie optionalen Determinismus,
funktionale Sicherheit und
Motion abzudecken. OPC UA wird damit
als einheitlicher und durchgängig sicherer
Kommunikationsstandard in der Fabrikund
Prozessautomatisierung etabliert werden.
Die Harmonisierung der Anforderungen
aus der Prozess- und Fabrikautomation
wird zu gemeinsamen Gerätediensten
führen – die ersten Live-Demos werden auf
der SPS im November 2021 zu sehen sein.
Ausblick
Ethernet-APL ist der Enabler für die nahtlose
und transparente Kommunikation
vom Unternehmen bis in das Feld der Anlage.
Die Technologie basiert auf bekannten
Installationstechniken und erschließt
sich damit Veteranen und Berufsanfängern
gleichermaßen. Die Kombination
Ethernet-APL mit OPC UA liefert ein starkes
Angebot eines durchgängigen Informationsflusses
vom Feld bis in die Cloud,
einschließlich End-to-End-Sicherheit
über verschiedene verkettete Transportschichten.
Diese Kombination wird die digitale
Transformation in den nächsten
Jahrzehnten gestalten.
Fotos: Pexels/www.pixabay.com, Pepperl+Fuchs,
OPC Foundation
www.ethernet-apl.org
www.pepperl-fuchs.com/apl
www.opcfoundation.org/apl
34 VERFAHRENSTECHNIK 07-08/2021 www.verfahrenstechnik.de