Industrie 4.0 setzt voraus, dass Daten von der Anlage bis in übergeordnete Systeme fließen. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) hat sich dafür als Standard durchgesetzt: sicher, herstellerübergreifend und unabhängig vom Betriebssystem.
Was OPC UA ausmacht
OPC UA wird von der OPC Foundation gepflegt. Anders als das ältere OPC Classic, das an Windows und DCOM gebunden war, läuft OPC UA auf Steuerungen, eingebetteten Systemen, Linux-Servern und in der Cloud.
Wesentliche Eigenschaften:
- Plattformunabhängig: läuft auf beliebigen Betriebssystemen
- Sicher: Verschlüsselung, Authentifizierung und Rechteverwaltung sind Teil des Standards
- Skalierbar: vom Feldgerät bis zum Unternehmensserver
- Informationsmodell: überträgt nicht nur Rohwerte, sondern deren Bedeutung
- Auffindbarkeit: Dienste und Endpunkte lassen sich automatisch ermitteln
Aufbau
OPC UA arbeitet nach dem Client-Server-Modell und kennt zusätzlich ein Publish-Subscribe-Verfahren:
- Server: stellt Daten aus Steuerung, Leitsystem oder anderer Quelle bereit
- Client: liest und schreibt Daten und abonniert Änderungen
- Pub/Sub: verteilt Daten effizient an viele Empfänger, typisch für IoT-Anwendungen
OPC UA an Siemens-Steuerungen
Aktuelle Siemens-Steuerungen bringen einen OPC-UA-Server mit:
- S7-1500: vollwertiger Server mit konfigurierbarem Informationsmodell, Methodenaufrufen und Abonnements
- S7-1200: Grundfunktion ab Firmware V4.4
- SIMATIC Edge: OPC-UA-Anbindung für Edge-Anwendungen
Einrichtung an einer S7-1500 im TIA Portal:
- OPC-UA-Server in den CPU-Eigenschaften aktivieren
- Sicherheitseinstellungen festlegen, also Zertifikate und Benutzerverwaltung
- Datenbausteine und Variablen freigeben, die nach außen sichtbar sein sollen
- Bei Bedarf Companion Specifications einbinden
Typische Anwendungen
Vorausschauende Instandhaltung: Schwingungs-, Temperatur- und Stromwerte erfassen und auswerten, um sich anbahnende Schäden früh zu erkennen.
Energiemonitoring: Verbrauchsdaten aus Umrichtern und Messgeräten zusammenführen und Einsparpotenziale sichtbar machen.
Qualitätsverfolgung: Prozessparameter mit Prüfergebnissen verknüpfen, um Ursachen von Abweichungen zu finden.
Fernüberwachung: Anlagenzustand über Web-Dashboards standortunabhängig einsehen.
Sicherheit ist Voraussetzung, nicht Zugabe
Die Anbindung an übergeordnete Netze bringt Risiken mit, die beherrscht werden müssen:
- Netztrennung: OT- und IT-Netz über Firewalls und eine DMZ voneinander trennen
- Verschlüsselung: OPC-UA-Sicherheitsrichtlinien mit signierter und verschlüsselter Verbindung verwenden
- Authentifizierung: zertifikatsbasiert, nicht über gemeinsame Kennwörter
- Aktualisierung: Firmware und Software der Steuerungen aktuell halten
- Protokollierung: Verbindungen mitschreiben und auf Auffälligkeiten prüfen
OPC UA bei ED WARTENS Deutschland
In unseren Kursen zu Industrie 4.0 richten Sie OPC UA an Siemens-Hardware ein, binden Daten an übergeordnete Systeme an und setzen die beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen selbst um.