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IO-Link Master mit OPC UA Vom Feld bis in die Cloud – mit 4 Szenarien lückenlos kommunizieren

| Redakteur: Ines Stotz

Eine durchgängige, transparente und lückenlose Kommunikation von der untersten Feldebene bis in die Cloud zu realisieren, bildet die Basis einer zukünftigen Fertigung im Sinne von Industrie 4.0. Der erste IO-Link-Master mit OPC-UA-Schnittstelle ist dafür jetzt auf dem Markt.

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Ermöglicht den durchgängigen Informationsaustausch vom Feld bis in die Cloud: IO-Link-Master der Serien ICE2/ICE3 mit OPC-UA-Schnittstelle von Pepperl+Fuchs.
Ermöglicht den durchgängigen Informationsaustausch vom Feld bis in die Cloud: IO-Link-Master der Serien ICE2/ICE3 mit OPC-UA-Schnittstelle von Pepperl+Fuchs.
(Bild: Pepperl+Fuchs )

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

OPC UA ist ein ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll und eröffnet einen einfachen und flexiblen Weg für die Kommunikation von Maschine zu Maschine oder von der Maschine zu Systemen bis in die Cloud – sowohl im geschlossenen Netzwerk als auch via Internet.

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Seine Unabhängigkeit ermöglicht den Anwendern, ihre IoT-Systeme flexibel zu gestalten, egal auf welcher Plattform sie diese aufsetzen.

Durch die Kombination von OPC UA und IO-Link schafft Pepperl+Fuchs dabei ganz neue Möglichkeiten für eine durchgängige, transparente und lückenlose Kommunikation von der untersten Feldebene bis in die Cloud. Schafft IO-Link die Schnittstelle zu Identifikations-, Diagnose- und Parameterdaten der Sensorik, so lassen sich diese Daten mit OPC UA parallel zur zeitkritischen Steuerungskommunikation vollständig an PC- oder cloud-basierte Systeme übertragen. Erst hierdurch werden die Visionen rund um Industrie 4.0 ermöglicht, indem detaillierte Daten aus der untersten Feldebene gesammelt und zielorientiert ausgewertet werden können.

Buchtipp

Ohne eine herstellerunabhängige Vernetzung von Geräten und Anlagen ist Industrie 4.0 nicht umsetzbar. OPC UA ist genau dafür konzipiert – doch der Einstieg ist nicht immer einfach. Das Fachbuch Praxishandbuch OPC UA hilft weiter.

OPC UA – Konkrete Anwendungsfälle

Mit dem offenen Datenaustauschstandard lassen sich verschiedene Anwendungen realisieren. Vier Szenarien …

Szenario 1: Parallelbetrieb: Eine Anwendung wird klassisch mit einer SPS betrieben, gleichzeitig fließen aber Mehrwertdaten – z. B. via OPC UA – in ein übergeordnetes System oder eine Cloud. Mithilfe der von Pepperl+Fuchs entwickelten Multilink-Technologie ist der IO-Link-Master in der Lage, Sensordaten parallel 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 verschiedene IoT-Anwendungen wie 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.

Mittels integrierter Multilink-Funktion lassen sich verschiedene Systeme (z. B. mehrere Clouds) gleichzeitig mit Daten beliefern. Neben dem Datentransfer zu mehreren Clouds über OPC UA ermöglicht der IO-Link-Master auch die parallele Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung via Profinet oder Ethernet/IP.

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 ist das Asset-Management und die Rückverfolgung von Bauteilen mit direkter ERP- oder MES-Anbindung via OPC UA. Aber auch etwa 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.

Die im IO-Link-Master integrierte OPC-UA-Schnittstelle ermöglicht einen direkten Anschluss an diese Systeme. So etwa auch an ein Edge-Gateway wie den Box Thin Client BTC12 von Pepperl+Fuchs.

Szenario 4: Anwendung mit mehreren unterschiedlichen Steuerungen: Ein typisches Beispiel sind komplexe Schweißzellen, in der sich mehrere Steuerungen, Roboter/ Robotersteuerung, PC-basierte Messstation und optische Qualitätskontrollen sowie eine Kühlwasserversorgung befinden. 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 Zykluszeit oder Temperatur) werden zur präventiven Instandhaltung aufgezeichnet und ausgewertet. Die ermittelten Werte fließen via OPC UA in übergeordnete Systeme oder direkt in die Cloud, worauf u. a. 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 Kanäle 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. Mit einem vollständig webbasierten Konfigurationskonzept, das ohne zusätzliche Software auskommt, ermöglichen sie eine effiziente Inbetriebnahme und eignen sich auch für Stand-alone-Applikationen ohne übergeordnete Steuerung.

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