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Vier Szenarien für den Einsatz von IO-Link-Master mit OPC-UA-Schnittstelle

erstellt am: 10.12.2019 | von: | Kategorie(n): Industrielle Kommunikation, OPC UA

IO-Link-Master der Serien ICE2/ICE3 mit OPC-UA-Schnittstelle

Die Herausforderung von Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things (IIoT) liegt in der Vernetzung verschiedener Systeme unterschiedlichster Hersteller – die allesamt über unterschiedliche Schnittstellen, Profile und Kommunikationsmechanismen verfügen. Genau hier setzt OPC UA an und schafft eine einheitliche Basis für den durchgängigen Informationsaustausch vom Feld bis in die Cloud.

OPC UA, kurz für Open Platform Communication Unified Architecture, ermöglicht eine plattformunabhängige, interoperable und herstellerübergreifende Zusammenarbeit von Maschinen in der Produktion sowie die Kommunikation von Maschinen zu Systemen – und das sowohl im geschlossenen Netzwerk als auch via Internet. Da die Architektur auch Datenmodelle und Interaktionskonzepte umfasst, ist OPC UA weit mehr als nur ein reines Kommunikationsprotokoll. Auch die Skalierbarkeit ist ein großer Vorteil des Standards: Je nach Anforderungsprofil und Umfang der Anwendung kann der Fokus beispielsweise auf der Performance liegen oder der Sicherheit – beispielsweise der Autorisierung, Verschlüsselung, Zertifizierung oder Authentifizierung.

Welche konkreten Anwendungsfälle sich mit dem offenen Datenaustauschstandard realisieren lassen, zeigen wir Ihnen in diesem Beitrag …

Szenario 1: Parallelbetrieb

Beim Parallelbetrieb wird eine Anwendung zwar klassisch mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) betrieben, gleichzeitig fließen Mehrwertdaten – zum Beispiel via OPC UA – in ein übergeordnetes System oder eine Cloud. Mithilfe der von Pepperl+Fuchs Comtrol entwickelten MultiLink™-Technologie ist der IO-Link-Master in der Lage, Sensordaten über mehrere Protokolle sowohl an die Steuerung als auch an eine Cloud zu übermitteln. Das zwischengeschaltete Edge-Gateway BTC12 etabliert hierbei die Kommunikation mit dem IO-Link-Master, übernimmt die Anpassung an die Cloud-Schnittstelle und gewährleistet eine sichere Datenübertragung. Auf diese Weise lassen sich verschiedenste IoT-Anwendungen wie etwa eine vorausschauende Wartung realisieren.

Szenario 2: Retrofit

Ein Parallelbetrieb lässt sich auch in Form einer Retrofit-Lösung umsetzen: Ist bereits ein konventioneller IO-Link-Master im Einsatz, lässt sich dieser ohne aufwändige Anpassungen gegen einen IO-Link-Master der Serien ICE2 (EtherNet/IP) und ICE3 (PROFINET) mit OPC-UA-Schnittstelle tauschen.

Dank der integrierten MultiLink™-Funktion lassen sich verschiedene Systeme (z. B. mehrere Clouds) gleichzeitig und in Echtzeit mit Daten beliefern. Ein integrierter OPC-UA-Server ermöglicht neben dem Datentransfer zu mehreren Clouds auch die parallele Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung via PROFINET.

Szenario 3: Anwendung ohne klassische Steuerung

In zukünftigen Applikationen werden Anwender vermehrt vor der Herausforderung stehen, dass entweder keine klassische Steuerung vorgesehen ist oder bestehende Steuerungen an ihre Leistungsgrenze kommen.

Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist das Asset-Management und die Rückverfolgung (Track and Trace) von Bauteilen mit direkter ERP- oder MES-Anbindung via OPC UA. Aber auch in anderen Anwendungsbereichen wie bei fahrerlosen Transportsystemen müssen nicht zwangsläufig Hochleistungssteuerungen eingesetzt werden: Dank des skalierbaren Footprints lassen sich OPC-UA-Clients stattdessen auf vergleichsweise günstige Mikrocontroller portieren. Es gibt allerdings auch Fälle, in denen sich neue Funktionalitäten nicht über die SPS abbilden lassen und stattdessen PC-basierte Steuerungen zum Einsatz kommen.

Mithilfe der im IO-Link-Master integrierten OPC-UA-Schnittstelle ist ein direkter Anschluss an diese Systeme möglich. So etwa auch an ein Edge-Gateway wie den Box Thin Client BTC12 von Pepperl+Fuchs. So lassen sich Anwendungen realisieren, in denen keine klassische Steuerungsumgebung vorgesehen ist.

Szenario 4: Anwendung mit mehreren unterschiedlichen Steuerungen

Ein typisches Beispiel für den Einsatz unterschiedlicher Steuerungen sind Schweißzellen. In einer komplexen Schweißzelle befinden sich mehrere Steuerungen, Roboter inklusive eigener Robotersteuerung, eine PC-basierte Messstation, PC-basierte optische Qualitätskontrollen sowie eine Kühlwasserversorgung. Eine übergeordnete SPS steuert die gesamten Prozesse in der Anlage via PROFINET, die PC-basierten Systeme verfügen über eine Ethernet-TCP/IP-Netzwerkkarte, die Kühlwasserstation sowie Robotersteuerung laufen jeweils über ein proprietäres Protokoll.

Fall 1: Der Einsatz von OPC UA ermöglicht die Kommunikation und den direkten Austausch von Daten zwischen den Systemen trotz unterschiedlicher Feldbusprotokolle. So wird beispielsweise der Roboter dazu befähigt, auf direktem Weg oder über eine Cloud mit den anderen Systemen innerhalb der Anlage zu kommunizieren.

Fall 2: Die Durchflusswerte der Kühlwassereinheit (sowie weitere Prozessparameter wie etwa Zykluszeit oder Temperaturwerte) werden zur präventiven Instandhaltung aufgezeichnet und ausgewertet. Die ermittelten Werte fließen via OPC UA in übergeordnete Systeme oder direkt in die Cloud, worauf unter anderem digitale Services zugreifen können. Diese analysieren die Aufzeichnungen, um anhand eventueller Abweichungen Unregelmäßigkeiten festzustellen und somit einem Fehlverhalten mit Folgeschäden vorzubeugen.

Fall 3: Die Messstation liefert Messdaten an eine Datenbank und parallel dazu an eine Steuerung. Mithilfe von OPC UA ist die Übermittlung von Messdaten über zwei unterschiedliche Kanäle problemlos möglich.

In den IO-Link-Master-Serien ICE2 (EtherNet/IP) und ICE3 (PROFINET) hat Pepperl+Fuchs erstmals OPC UA integriert und damit die Basis für eine durchgängige Kommunikation vom Feld bis zur Cloud gelegt. Zusätzlich zum echtzeitfähigen Feldbusprotokoll besitzen die Module eine OPC-UA-Schnittstelle und sind damit ideal geeignet für Cloud-basierte Systeme. Mit einem vollständig webbasierten Konfigurationskonzept, das ohne zusätzliche Software auskommt, stehen sie für eine effiziente Inbetriebnahme und sind auch für Stand-Alone-Applikationen ohne übergeordnete Steuerung eine optimale Lösung.

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