OPC UA Initiative der VDMA Fachabteilung Integrated Assembly Solutions

VDMA

Interoperabilität bis in die Feldebene

Die Fachabteilung Integrated Assembly Solutions (IAS) repräsentiert mit über 150 Mitgliedern die Branche der Montage- und Handhabungstechnik.

Vom Turbolader bis zur Elektrozahnbürste werden Produkte, die aus Einzelteilen bestehen, von komplexen Sondermaschinen montiert. Nur so kann garantiert werden, dass das Endprodukt für den Kunden erschwinglich bleibt. 

Fast jede Anlage ist ein Prototyp und besteht wiederum aus vielen Automatisierungskomponenten, die alle mit einer Steuerung oder anderen Systemen kommunizieren müssen. Die Komponenten sind zum größten Teil Feldgeräte, die über das Setzen von Bits und Bytes angesteuert werden. 

Der Konfigurations- und Integrationsaufwand der aktuellen automatisierten Produktionssysteme ist komplex und zeitaufwendig, während der Markt zukünftig eine einfache Einrichtung und Anpassbarkeit aufgrund kleinerer Losgrößen und volatiler Märkte fordert.

Anfang 2017 startete VDMA Robotik + Automation mehrere Initiativen, um Datenmodelle für den einheitlichen und offenen Kommunikationsstandard OPC UA zu entwickeln. OPC UA steht für Open Platform Communication Unified Architecture und bietet aufgrund seiner Architektur die Möglichkeit, eine plattform- und herstellerunabhängige Kommunikation über verschiedene Ebenen der Automatisierungspyramide bereitzustellen und den streng hierarchischen Datenfluss hierbei aufzulösen.

Der Demonstrator veranschaulicht die herstellerunabhängige und objektorientierte Steuerung von Automatisierungskomponenten über OPC UA.

Mehr als 20 Firmen zeigen anhand einer gemeinsam entwickelten Montagemaschine, wie ihre Komponenten mit einheitlichen Skills beschrieben und gesteuert werden können. Jede Komponente wird über OPC UA als digitales Objekt repräsentiert und hat somit verschiedene Fähigkeiten und Eigenschaften, die sie anderen Instanzen zur Verfügung stellen kann. Damit hat ein Greifer die Fähigkeit „greifen“ und „loslassen“ und verschiedene Eigenschaften wie die maximale Greifkraft. Jede Komponente kann daher ihre eigene OPC-UA-fähige Steuerung mitbringen. Ein bestimmtes proprietäres Feldbussystem ist nicht mehr notwendig.

Ziel ist es, bereits frühzeitig einen Vorschlag für normierte Fähigkeiten im Bereich IAS mit einer entsprechenden Taxonomie zu erarbeiten und diese innerhalb des Demonstrators zu validieren. Außerdem sollen die gegenwärtigen Möglichkeiten des fähigkeitsbasierten Engineerings ausgelotet und deren Umsetzung mit OPC UA geprüft werden. Hierbei soll auch die derzeit verfügbare Client/Server-Architektur und eine sequenzielle Prozessabfolge verwendet werden. Aufgrund der heute fehlenden deterministischen Echtzeitfähigkeit von OPC UA ergeben sich Einschränkungen, welche jedoch voraussichtlich durch den Einsatz von TSN in Verbindung mit OPC UA Pub/Sub gelöst werden können. Momentan muss jedoch auf die Implementierung synchronisierter oder zeitkritischer Prozessschritte innerhalb des Demonstrators verzichtet werden oder es erfolgt deren Kapselung unterhalb der mittels OPC UA ansteuerbaren Fähigkeiten. Die Entwicklungen im Bereich TSN sollen jedoch bereits bei der Erstellung der OPC UA-Informationsmodelle berücksichtigt werden (insbesondere die Verwendung von Pub/Sub).

Die SOArc-Arbeitsgruppe setzt einen thematischen Fokus auf service-orientierte und echtzeitfähige Steuerung auf Feldebene.

Das Ziel der Arbeitsgruppe ist die Konzeptentwicklung für einen generischen Aufrufmechanismus von Fähigkeiten (sog. Skills) über OPC UA. Der Aufrufmechanismus soll dabei sowohl für das OPC UA Client/Server als auch für das PubSub-Modell in Kombination mit Time-Sensitive Networking zur echtzeitfähigen Steuerung auf Feldebene erarbeitet werden. Die Ergebnisse sollen in einer entsprechenden OPC UA Companion Specification manifestiert und in die Field Level Communications Initiative der OPC Foundation eingebracht werden.