Wir haben viele Möglichkeiten, Feldgeräte mit Steuerungssystemen und anderen Geräten zu integrieren, um Daten auszutauschen. OPC-Kommunikation – wir erklären gleich, was „OPC“ bedeutet – erleichtert die Integration, ohne mehrere Treiber oder andere Extras zu erfordern. Lassen Sie uns heute näher auf dieses faszinierende Konzept eingehen.

Auch wenn Sie noch nie davon gehört haben, wird OPC sehr häufig bei der Integration intelligenter Geräte in verschiedene Plattformen eingesetzt. Sie brauchen also ein Verständnis von OPC und OPC UA, wie sie sich unterscheiden und welche Rolle sie bei der vierten industriellen Revolution spielen könnten.

Geschichte des OPC-Protokolls

Bevor wir mit der Standardisierung begannen, hatten wir oft Probleme mit Systemintegration. Viele Anbieter hatten – und einige haben noch – proprietäre Protokolle, die Geräte von anderen Marken blockierten. Dann kam Microsoft. In den 90er-Jahren fasste Microsoft Fuß in der Automatisierung mit seiner Software Component Object Model (COM) und Distributed Component Object Model (DCOM).

Im Jahr 1995 gründeten Fisher-Rosemount (jetzt Emerson Automation Solutions), Rockwell Automation, Intellution und Opto 22 eine Gruppe zur Entwicklung einer auf COM und DCOM basierenden Lösung. Sie basierten sie auf Object Linking and Embedding (OLE) von Microsoft und nannten es OLE für Prozesssteuerung oder OPC (OLE for Process Control). Ein Jahr später veröffentlichten sie das erste Produkt dieser Zusammenarbeit, OPC DA (Data Access), während der jährlichen ISA-Veranstaltung. Im selben Jahr gründeten sie die OPC Foundation in den USA.

CodeWrights
iDTM-EDD (EU) Professionelles HART/FF DTM von CodeWrights DTM mit der offiziellen DD-Bibliothek aller bei der FieldComm Group registrierten DDs
in the shop from 399 €
1-10113-10110

Zeitlinie

Diese Zeitlinie fasst zusammen, was Sie auf der Website der OPC Foundation finden können.

  • 1990s – Microsoft im Industriebereich mit COM und DCOM
  • 1995 – Erstellung von OPC
  • 1996 – Einführung des OPC DA (Data Access) und Erstellung der OPC Foundation
  • 1998 – Umwandlung aktueller Lösungen in Web-Services
  • 1999 – Einführung von OPC AE (Alarme und Ereignisse, Alarms und Events)
  • 2001 – Einführung von OPC HDA (Historischer Datenzugriff, Historical Data Access)
  • 2003 – Einführung von OPC Complex Data, Data eXchange und XML-DA-Spezifikationen; Erstellung von OPC UA
  • 2004 – Veröffentlichung der Spezifikation für OPC Commands
    2006 – Veröffentlichung der OPC UA Version 1.0
  • 2007 – Einrichtung von OPC-Zertifizierungs- und Prüflabors
    2009 – Einführung von OPC UA für Anlagenanalyse (ADI)
  • 2010 – Veröffentlichung von OPC UA IEC61131 und erste Ausrüstung mit OPC UA
  • 2012 – Einführung von IEC 62541
  • 2013 – Einführung von OPC UA 1.02 und OPC UA für ISA-95

Hinweis: An dieser Stelle verweisen wir auf die erste Iteration von OPC als OPC Classic.

Einschränkungen von OPC Classic

Wie Sie sich vorstellen können, funktioniert OPC Classic nur unter Windows, dem beliebtesten System. Aber andere Betriebssysteme wie Linux und MacOS werden zunehmend häufiger eingesetzt. Daher bietet sich OPC Classic nicht für Kunden an, die keine Windows-Plattformen haben.

Um dies zu lösen, entwickelte die Stiftung OPC UA, auf die wir später zu sprechen kommen werden. Schauen wir nun die Derivate von OPC Classic an.

Was ist OPC DA?

1996 startete die Gruppe, die einmal die OPC Foundation werden würde, ihr erstes Produkt, OPC Data Access.

DA bringt Client und Server mit Spezifikationen im Zusammenhang mit dem Erwerb von Echtzeit-Prozessdaten zusammen. Es konzentriert sich darauf, die Kommunikationskonstante zwischen verschiedenen Gerätetypen wie Schnittstellen und Steuerungen zu halten. Mit der Kommunikation meinen wir den Austausch von Daten, die Werte, Informationsqualität und Zeitstempel repräsentieren, Ereignisse und Geschichte werden nicht berücksichtigt.

Was ist OPC AE?

Um 1999 brachte die Stiftung OPC AE (Alarms and Events, manchmal als A&E geschrieben) raus. Dieses Produkt funktioniert wie DA, gilt aber für Alarme und Ereignisse, anstatt für Prozessdaten.

Allerdings generiert der AE-Server keine Alarme und Ereignisse selbst. Es berichtet über die Alarme und Ereignisse, die von Geräten erzeugt wurden, die mit solchen Konfigurationen ausgestattet sind.

Was ist OPC HDA?

Im Jahr 2001 entstand OPC HDA (Historical Data Access), um historische Prozessdaten zu verarbeiten. Wie Sie wahrscheinlich erraten können, wird es mit DA zusammen verwendet. Der DA-Server sammelt seine Daten und schickt sie an den HDA-Server. Dort können Sie auf sie zugreifen, um Prozessmuster zu überprüfen oder Tabellen und Berichte über die Geschichte Ihres Prozesses zu erstellen.

Beispiel für eine Anwendung mit OPC Classic

Betrachten Sie ein Projekt, das Füllstandsmessung für mehrere Tanks in der Anlage benötigt. Die Anlage hat jedoch wenig Struktur, um typische Messereinrichtungen zu unterstützen. Also nutzen wir die Freiwellen-Radar-Füllstandmesser mit drahtloser Kommunikation.

In der Regel fordert der Kunde in dieser Art von Anwendung einen Test an, um die Technologie in Betrieb zu sehen. Damit demonstrieren wir die Verwendung mithilfe von Feldgeräten in einem Mesh-Netzwerk. Wir verwenden auch ein Gateway, um das Netzwerk zu verwalten und Signale in Standardausgang umzuwandeln. Das fragliche Gateway hat mehrere Protokolle zur Integration mit dem Steuerungssystem.

Mit OPC Classic können Sie einen HART-Server kostenlos herunterladen oder einen eigenen Server verwenden. Dann installieren Sie die OPC-Server-Software auf einem bestimmten Server und verbinden sich mit dem Gateway mithilfe eines Kommunikationsports. Sobald Sie alles eingerichtet haben, sammelt das Steuerungssystem Daten über den OPC-Client und macht es für Bediener zur Ansicht verfügbar.

Endress+Hauser
RID14 Anzeige von 8 Prozess- oder berechneten Werten für FOUNDATION Fieldbus™ oder PROFIBUS® PA Protokoll
in the shop from 588 €
RID14

DCOM-Firewall-Probleme

Obwohl OPC Classic eine Menge Vorteile hatte, hatte es ein erhebliches Problem mit seinem DCOM-Protokoll.

Wie ich bereits sagte, entwickelte sich OPC aus den COM- und DCOM-Protokollen von Microsoft. Das DCOM, eine Erweiterung des COM-Protokolls, kommunizierte zwischen Geräten und verteilten Systemen.

Das DCOM-Protokoll hatte jedoch ein Konfigurationsproblem, das viele Probleme mit Firewalls verursachte. Dieses Problem und die Begrenzungen des Windows-Betriebssystems führten zur Entwicklung von OPC UA.

Was ist OPC UA?

UA steht für Unified Architecture. Seine Einführung im Jahr 2008 brachte neue Möglichkeiten für die OPC-Struktur, indem es ihre Reichweite erweiterte.

Das UA-Protokoll gewährleistet die Interoperabilität zwischen digitalen Systemen, eine Lösung, die vollständig in Einklang mit neuen Konzepten wie dem Internet der Dinge (IoT) und der Industrie 4.0 steht. Lesen Sie mehr über diese Konzepte in diesem Visaya-Artikel.

Konzepte beiseite, UA unterstützt alle Funktionen von OPC Classic. Obwohl OPC Classic nur mit Windows-Systemen arbeitet, ist UA viel flexibler. Systeme wie Apple, Android und Linux arbeiten mit UA.

Sie finden mehrere gleichwertige Funktionen zwischen Classic und UA, wie z. B. hierarchische Daten, Zugriffsberechtigungen und Ereignismeldungen. Darüber hinaus arbeitet UA mit vielen Arten von Hardware, darunter traditionelle Computer, programmierbare Steuerungen, Mikrocontroller und Cloud-basierte Server.

Nachrichtenformat und Sicherheit

UA verwendet zwei Nachrichtenformate, Binär und XML. Binär ist häufiger auf der Geräteebene anzutreffen, weil es weniger Energie benötigt und mehr Geschwindigkeit bietet. Die Entwickler des Formats haben es mit effizienter Kodierung und Dekodierung im Sinn geschaffen.

Das XML-Format führt hochwertigen Informationsaustausch durch. Kunden, die UA verwenden, können die Daten wie alle anderen XML-Daten interpretieren. Das Format ist viel größer als das binäre Format von UA und hat die Fähigkeit, Daten zu serialisieren und zu deserialisieren.

Was die Sicherheit angeht, überträgt OPC Classic die gesamte Sicherheit auf die Protokolle COM und DCOM von Microsoft. UA verfügt über ein eigenes Sicherheitssystem, das öffentliche Schlüsselinfrastruktur (PKI) und Zertifikate ausschließlich für Industriestandard x.509 verwendet. Es verwendet auch Authentifizierung, Verschlüsselung und weitere Sicherheitsmaßnahmen.

Protokollkommunikation

UA verwendet zwei Arten von Transportprotokollen zwischen Client und Server, OPC TCP und SOAP/HTTP(s).

Das TCP-Protokoll ist für UA-Clients bestimmt, so dass nur sie die übermittelten Informationen lesen können. Der Client und die Server tauschen Daten sicher in binären Strukturen aus.

Das SOAP-Protokoll umhüllt die Nachrichten und sendet diese mittels HTTP(s). Im Gegensatz zu TCP können Sie einen normalen Browser verwenden, um Ihre Daten zu abzurufen, und erhalten nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für Datenarbeit. Diese Norm wird weitläufig im industriellen Bereich eingesetzt.

Vorteile und Verwendung in IIoT

UA bietet viele Vorteile wie Vernetzung zwischen Plattformen, Sicherheit und Erweiterbarkeit. Mehrere Diskussionen im Internet deuten darauf hin, dass UA der Schlüssel für IIoT-Systeme ist. MQTT, ein anderer Standard, der häufig in Diskussionen auftaucht, hat weniger Transparenz.

UA lindert das Problem der Integration zwischen den Anbietern. Jetzt müssen wir darauf warten, dass alle Händler ihre Daten in diesem Protokoll zur Verfügung stellen.

Um mehr über OPC zu erfahren, you can get in touch with our engineers!

Empfohlene Artikel