Vorlesung 3 OPC UA

Problem: In automatisierten Anlagen werden Komponenten vieler verschiedener Hersteller verwendet, sodass sich die Kommunikations zwischen den Komponenten als schwierig gestaltet.

• keine standardisierte Schnittstelle

• Ressourcen/Geräte besitzen oft unterschiedliche Informationsmodelle

OPC UA (Open Platform Communications - Unified Architecture) bietet eine standardisierte Schnittstelle zwischen allen Komponenten in einer Anlage (also gleiche Informationsmodelle).

Desweiteren steigt der Bedarf nach einheitlicher Kommunikation und gemeinsamen Informationsmodellen durch die Industrie 4.0

OPC UA ist kein Produkt oder Software, sondern eine Sammlung von Spezifikationen, die beschreiben, welche Funktionaltiäten ein OPC-Server oder Client aufweisen soll !!!

OPC UA ist eine Sammlung von Spezifikationen und Technologien, mit der Komponenten eines industriellen Automatisierungssystems miteinander auf sichere und zuverlässige Weise semantisch modellierte Informationen austauschen können.

• Es definiert ein gemeinsames Kommunikationsprotokoll mit verschiedenen konkreten Protokoll-Implementierungen

• Es stellt eine Möglichkeit zur Modellierung von Informationsmodellen für Daten

• Es lassen sich mit Hilfe von OPC UA-Informationsmodellen einheitliche Modelle von Maschinen erstellen

• OPC UA eignet sich sowohl zur horizontalen als auch zur vertikalen Kommunikation

Funktion: Klassisch von “Punkt zu Punkt”-Integration der Kommunikationsteilnehmer

-> RS-232

-> Profibus DP/PA

-> CAN

-> Modbus

-> Industrial Ethernet

-> HTTP …

Nachteile:

• Wartung sehr aufwendig

• sind aufwendig zu programmieren

• aufwendig in der Wartung und Änderung und somit wenig flexibel

• häufig nicht wiederverwendbar

• besitzen unterschiedliche Informationsmodelle

• Hardwarelieferant: Optimierte Koomunikation der Geräte

• Softwareentwickler: Weniger Entwicklung und Wartung von Kommunikationstreibern

• Systemintegrator: Integrierte Lösungen mit Geräten unterschiedlicher Hersteller

• Endnutzer: Größere Auswahl passender Hard- und Software

-> Datenkommunikation zwischen SPSen, auch unterschiedlicher Hersteller

-> Sammeln von SPS-Daten zur Aufbereitung in einem Prozessleitsystem

-> Aufbereitung von Prozessdaten mittels Office-Programmen (z.B. Excel)

-> Austausch von Daten zwischen mehreren Prozessleitrechnern (horizontale Kommunikation)

-> Anbindung von Betriebs- und Unternehmensleittechnik (MES, ERP)

• IT / OT Communication

• Cloud Integration

• Secrue Remote Access

• Local OT Communication

• Controller to Controller

• Controller to Field Device

• Wireless Integration (5G)

• Furture Ready

• Das Adressraum-Modell ist das Meta-Modell, auf dem alle OPC-UA-Modelle basieren

• Es legt die STandard-Begriffe fest, mit denen Server Informationsobjekte für Clients beschreiben

• Elemente eines OPC-UA-Adressraums werden als Knoten bezeichnet

Siehe Vorlesung 2 S. 14

• OPC UA definiert eine nicht erweiterbare Liste von acht verschiedenen Node-Klassen

• Jede Node-Klasse besitzt eine bestimmte Menge an Attributen

• Nodes werden über Referenzen miteinander verbunden

• alle OPC UA Node Klassen werden von der Basis-Klasse BaseNode abgeleitet

• Die Basis Klasse besitzt verschiedene Eigenschaften

• Sie werden verwendet, um Systeme, Komponenten, Gegenstände aus der realen Welt oder Software-Objekte zu beschreiben

• Über Referenzen können SIe mit anderen Objekten verbunden werden

• Sie wird für Typ-Definitionen von Objekten genutzt

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Variablen enthalten Daten von Objekten, dabei wird die Klasse VariableType zur Typ-Definitionen von Variablen genutzt

Variablen Arten:

• Properties: Stellen vom Server definierte Meta-Daten bereit

• DataVariables: Beschreiben Attribute und deren Werte. Nur die DataVariables können simpel oder komlex, d.h. weitere Variablen beinhalten

• Methoden definieren Funktionen, die mit Parametern aufgerufen werden können und nach ihrer Ausführung eine Antwort zurückgeben

• durch Generalisierung

• durch finden von Gemeinsamkeiten

• durch Vereinfachen (z.B. weglassen von Irrelevanten Informationen)

• Dokumentation eines Systems in einer (standardisierten) Sprache

• Beherrschen von Komplexität

• Erzeugen von (nutzbaren/ausführbaren) Artefakten

• Entwickeln und Testen von Konzepten und Vergleichen mehrerer Lösungen

1. Typen (=Mengen von gleichartigen Dingen) und eine Art der Vererbung zwischen Typen

   • Über Typisierung lässt sich Dingen eine Bedeutung/Semantik zuweisen (z.B. Grad Celsius)

2. eine Abbildung der Topologie/Struktur eines Systems

   • Abgebildet durch Instanzen der Typen (Objekte) und deren Beziehungen untereinander (Referenzen)

3. Daten von Instanzen

   • z.B. Messwerte von Sensoren

4. eine Beschreibung des Verhaltens von Objekten

   • z.B. mittels auführbarer Methoden oder Zustandsautomaten

5. eine Möglichkeit, das Modell zu durchsuchen und Elemente nachzuverfolgen

   • In OPC UA als Browsing bezeichnet

• HasTypeDefinition

• Organizes

• HasSubtype

• HasComponent

• HasPorperty

Es sind Informationsmodelle für eine bestimmte Branche oder Art von Ressourcen (z.B. Roboter)

Sie definieren

• standardisierte Schnittstellen

• geteilte Informationsmodelle

Ziele:

• Interoperabilität zwischen Maschinen verschiedener Hersteller aus der Gleichen Branche

• Interoperabilität zwischen Maschinen und übergeordneten Systemen

• Schnellere Integration von Komponenten

• Schnellere Einrichtung & Wartung