OPC UA – Open Platform Communications Unified Architecture

OPC UA

Eine wichtige Grundlage für die erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0 ist der herstellerunabhängige Datenaustausch in der Produktion. Deswegen etabliert sich nun zunehmend der offene Schnittstellenstandard OPC UA. Wir erklären Ihnen was OPC UA überhaupt ist, welche Grundprinzipien herrschen und welche Vorteile sich mit diesem Schnittstellenstandard bieten.

 

Autor: Roman Isheim, 24.07.2018, Thema: OPC UA

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Was ist OPC UA überhaupt?

Was ist OPC UA überhaupt?Bei der OPC UA handelt es sich um eine Sammlung von Standards für die Kommunikation und den Datenaustausch im Umfeld der Industrieautomation. Sie ermöglicht einen betriebssystemübergreifenden Datenaustausch zwischen Produkten unterschiedlicher Hersteller. Der OPC-UA-Standard besteht aus Spezifikationen, die in enger Zusammenarbeit zwischen Forschungsinstituten, Herstellern und Anwendern entstanden sind. Ausgeschrieben bedeutet OPC UA “Open Platform Communications Unified Architecture”. Die komplette Architektur ist serviceorientiert aufgebaut und ermöglicht einen sicheren Informationsaustausch in heterogenen Systemen. Die diversen Spezifikationen charakterisieren mehrere Schichten der Kommunikation und stellen somit eine serviceorientierte Architektur zur Verfügung. Für Protokolle höherer Schichten sind die darunterliegenden Schichten jeweils transparent. Die OPC UA ist eine internetfreundlich gestaltete Service-Architektur und stellt eine Reihe von IEC-Standards. Die Koordination und Weiterentwicklung übernimmt die OPC Foundation.

 

Die Grundprinzipien von OPC UA

Die Architektur von OPC UA basiert auf verschiedenen Grundprinzipien. Diese sind zum einen die Bereitstellungen flexibler Erweiterungsmöglichkeiten und einfacher Schnittstellen sowie die Bereitstellung eines einheitlichen Nachrichtenformats. Ein weiteres Grundprinzip ist die Implementierung hoher Sicherheitsstandards und verschiedener Sicherheitslevel. Es ist sehr wichtig, dass einfache Schnittstellen zu allen beteiligten Anwendungen bereitstehen. Die Beschreibung der Semantik erfolgt innerhalb der Nachrichten, um die Anzahl der Schnittstellen möglichst gering zu halten. Zudem ist es allen Anwendungen im OPC-UA-Umfeld möglich, die Nachrichten zu verstehen, da es ein einheitliches Format, eine definierte Struktur, sowie ein gemeinsames Vokabular gibt.

 

 

Hinweis: Unsere BericPDF-Angebot OPC UAhte sind oft sehr ausführlich. Daher bieten wir an dieser Stelle eine Zusendung des Artikels im PDF-Format zur späteren Sichtung an. Nutzen Sie das Angebot um sich die Praxis-Impulse in Ruhe durchzulesen, Sie können hierfür auch einfach auf das PDF-Symbol klicken.

 

Anforderungen der Industrie 4.0 und die Lösung der OPC UA

Anforderungen der Industrie 4.0 und die Lösung der OPC UADie Vision von Industrie 4.0 bedarf einiger Anstrengungen, weswegen die Anforderungen sehr vielfältig sind. Die Komplexität dieser muss reduziert werden. Dafür ist eine breite Standardisierung und eine durchgängige Digitalisierung notwendig. Diese Anforderungen sind nicht neu, sondern die Folge einer stetigen Weiterentwicklung. Wir haben für Sie ein paar Anforderungen der Industrie 4.0 herausgesucht und stellen die Lösung der OPC UA bezüglich der jeweiligen Anforderung vor.

 

Anforderung: sichere Übertragung und Authentifizierung auf Anwender- und Anwendungsebene.
Lösung: Verwendung von x509 Zertifikaten zur Authentifizierung der Applikation. Zudem ist die signierte und verschlüsselte Übertragung sowie Rechtekonzept auf Datenpunktebene mit Auditfunktionalität bereits vorhanden.

Anforderung: Integration ins Engineering und semantische Erweiterung.
Lösung: Erfolgreiche Zusammenarbeit der OPC-Foundation mit anderen Organisationen sowie weitere aktive Kooperationen, wie zum Beispiel MES-DACH, ISA95 oder MDIS. Zudem gibt es eine Kooperation mit AutomationMl, um die Interoperabilität zwischen Engineering-Tools zu optimieren.

Anforderung: Abbildung beliebig komplexer Informationsinhalte zur Modellierung virtueller Objekte als Repräsentant der realen Produkte.
Lösung: OPC UA bietet ein voll vernetztes objektorientiertes Konzept für den Namensraum inklusive Metadaten und Objektbeschreibungen. Es sind beliebige Objektstrukturen durch die Vererbung eines beliebig erweiterbaren Typenmodells erzeugbar.

 

Die Anwendungsbereiche

Durch die universelle Anwendbarkeit der OPC-UA-Technologie ist die Implementierung völlig neuer vertikaler Integrationskonzepte möglich. Die Information wird sicher und zuverlässig von der Produktionsebene bis hin ins ERP-System transportiert. Dies ist durch die Kaskadierung von OPC-UA-Komponenten möglich. Eingebettete OPC-UA-Server auf der Feldgerätebene und integrierte OPC-UA-Clients in ERP-Systemen auf Enterpriseebene werden direkt miteinander verbunden. Dabei können Komponenten geografisch verteilt und durch Firewalls voneinander getrennt sein. Allerdings basiert die Kommunikation bei Industrie 4.0 nicht nur auf reinen Daten, sondern auf dem Austausch semantischer Informationen. Da die OPC UA eine umfassende Beschreibungssprache und die erforderlichen Kommunikationsdienste für Informationsdienste umfasst, ist sie somit universell nutzbar.

 

 

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Schutz vor unerlaubtem Zugriff

Schutz vor unerlaubtem ZugriffDie Technologie der serviceorientierten Architektur benutzt bewährte Sicherheitskonzepte, die Schutz vor unerwünschtem Zugriff und Sabotage bieten. Zudem bieten die Sicherheitskonzepte Schutz vor unachtsamer Bedienung und Modifikation von Prozessdaten. Die Sicherheitskonzepte beinhalten Anwender- und Anwendungsauthentifikation, die Verschlüsselung der übertragenden Daten und die Signierung von Nachrichten. Ähnliche Standards, wie sie die OPC UA nutzt, werden auch im Internet verwendet, wie beispielsweise AES, TLS oder SSL. Die Standards sind Pflicht für die Hersteller. Allerdings kann der Anwender die verschiedenen Sicherheitsfunktionen nach seinen eigenen Bedürfnissen frei kombinieren.

 

OPC UA – Die Vorteile

Die OPC UA bietet einige Vorteile. Hier ein kleiner Überblick der wichtigsten Vorteile:

  • flexible, zukunftsfähige und erweiterbare Architektur
  • einfach zu konfigurierende und zu betreibende Anwendungen
  • die Architektur ist transparent, plattformneutral und steht für die industrielle Kommunikation zur Verfügung
  • serviceorientierte Architektur
  • Sicherheit ist gewährleistet
  • einheitliche Schnittstellen ermöglichen den einfachen Zugriff auf Daten und Anwendungen
  • Anwendungen mit hoher Performance sind realisierbar

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