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OPC UA

Wie es mit dem Kommunikationsstandard für Auto-ID weitergeht

| Autor/ Redakteur: Olaf Wilmsmeier* / Sariana Kunze

Der Industrieverband AIM-D hat in Kooperation mit der OPC Foundation 2016 einen Kommunikationsstandard für Auto-ID-Geräte herausgebracht: Eine Schnittstelle auf Basis von OPC UA, die bereits von vielen Geräteherstellern über das gesamte Auto-ID-Spektrum angenommen wurde. Doch wie geht es weiter?

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Kommunikationsstandard auf Basis von OPC UA: Wenn klassische Kommunikationsstrukturen aufgebrochen werden, kommuniziert der RFID-Reader direkt mit dem ERP-System, aber auch mit einer SPS einer Produktionsstraße.
Kommunikationsstandard auf Basis von OPC UA: Wenn klassische Kommunikationsstrukturen aufgebrochen werden, kommuniziert der RFID-Reader direkt mit dem ERP-System, aber auch mit einer SPS einer Produktionsstraße.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Behälter, Leiterplatten, Automobilkarossen, Krankenhausbetten und vieles mehr können dank der Auto-ID-Technologie automatisch identifiziert werden. Und dies in der Regel komplett passiv ohne Wartungsarbeiten am Objekt. Doch damit nicht genug: Mit UHF RFID (auch RAIN RFID genannt) erhält ein Objekt selbst noch ein Gedächtnis. Informationen wie das Fertigungsdatum und die Firmware-Version einer Leiterplatte können so direkt, beispielsweise an einer Leiterplatte abgespeichert werden. Ohne Stromzufuhr, drahtlos abrufbar und aktualisierbar. Um eine Gesamtlösung wie ein automatisch arbeitendes Lagerlogistikzentrum zu realisieren, ist die Auto-ID-Technologie ein gängiges Werkzeug. Bislang galt, dass viele Geräte über proprietäre Schnittstellen kommunizieren. Sprich: Die jeweils eingesetzte Technologie hatte einen Einfluss auf die Programmierung der Kommunikationsschnittstelle der anzubindenden Software.

Grund für die Definition eines Auto-ID-Kommunikationsstandards

Der Anwendungsfall entscheidet und nicht die Kommunikationsschnittstelle, welche Auto-ID-Technologie für welchen Zweck eingesetzt wird. Dies war historisch gewachsen und der Grund, dass sich 2014 der Arbeitskreis Systemintegration des globalen Industrieverbandes für Automatische Identifikation (Auto-ID), Datenerfassung und Mobile Datenkommunikation (kurz: AIM-D) für die Definition eines neuen, zukunftsträchtigen technologie- und herstellerunabhängigen Kommunikationsstandards für die Auto-ID-Branche entschied. Denn die klassischen Kommunikationsstrukturen – wie die Automatisierungspyramide – werden aufgebrochen und RFID-Reader kommunizieren heute nicht nur direkt mit einem ERP-System, sondern auch mit einer SPS einer Produktionsstraße.

Kommunikationsschnittstelle auf Basis von OPC UA definiert

v.l. Stefan Hoppe, President and Executive Director OPC Foundation, Bernd Wieseler, Chairman of the AIM-D Systemintegration Working Group, Hans Turck, Olaf Wilmsmeier, Boardmember of AIM-D, Harting IT Software Development, und Matthias Damm, Member of OPC Foundation technical advisory council, Ascolab, treiben den Kommunikationsstandard für Auto-ID-Geräte voran.
v.l. Stefan Hoppe, President and Executive Director OPC Foundation, Bernd Wieseler, Chairman of the AIM-D Systemintegration Working Group, Hans Turck, Olaf Wilmsmeier, Boardmember of AIM-D, Harting IT Software Development, und Matthias Damm, Member of OPC Foundation technical advisory council, Ascolab, treiben den Kommunikationsstandard für Auto-ID-Geräte voran.
(Bild: Harting)

Motiviert von diversen Anforderungen entschloss sich der AIM Arbeitskreis, eine Kommunikationsschnittstelle auf Basis von OPC UA zu definieren. Eine Kommunikation zur Maschine, wie auch zum Datenbanksystem in der Cloud, kann so realisiert werden. OPC UA gilt deshalb als der Kommunikationsstandard der Automatisierungsbranche. Nahezu jeder Maschinenhersteller und Anbieter für die Automatisierungsbranche bietet mittlerweile eine OPC-UA-Schnittstelle an. Dank objektorientierter Struktur eignete sich OPC UA, um einen gemeinsamen Kommunikationsstandard für die verschiedensten Auto-ID-Technologien zu entwickeln. Gemeinsamkeiten, wie eine Scan-Methode für die einfache Erkennung einer ID, können so in übergeordneten Klassen definiert werden. Spezifische Ausprägungen können in hieraus abgeleiteten Klassen für die einzelnen Auto-ID-Technologien umgesetzt werden.

OPC UA wurde unter Sicherheitsaspekten entwickelt und enthält keine systematischen Sicherheitslücken.

BSI

Durch diesen Mechanismus können auch auf dem Standard aufsetzend, herstellerspezifische Erweiterungen eingepflegt werden, ohne die gemeinsame Grundfunktionalität in Frage zu stellen. Kommunikationssicherheit ist zudem ein wichtiges Thema. OPC UA bietet hierfür integriert diverse Sicherheitsmechanismen. Dies wurde auch vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) getestet. Das BSI hat bestätigt, dass OPC UA bereits integrale Mechanismen zur Umsetzung einer sicheren Datenkommunikation anbietet. „OPC UA wurde unter Sicherheitsaspekten entwickelt und enthält keine systematischen Sicherheitslücken“, ist das BSI der Meinung.

Siemens und Harting stellten erste RAIN-RFID-Geräte vor

2016 stellte AIM Deutschland die neue OPC Unified Architecture for Auto-ID Companion Specification auf der Hannover Messe vor. Die ersten am Markt verfügbaren RAIN-RFID-Geräte von Siemens und Harting wurden in einer Demoapplikation auf dem Messestand der OPC Foundation gezeigt. Eine direkte Kommunikation, z. B. bis in die Microsoft Azure Cloud, war damit möglich. Die veröffentlichte Specification ist inzwischen von vielen Auto-ID-Herstellern in die Geräte integriert worden. Eine einheitliche, sichere Datenkommunikation zu unterschiedlichsten Geräten verschiedener Hersteller ist laut dem Industrieverband AIM-D mit Hilfe von OPC UA Realität geworden. Unterschiede bei den Auto-ID-Geräten der einzelnen Hersteller gibt es jedoch auch weiterhin, lediglich der Datenaustausch wurde vereinheitlicht.

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.

An einer erweiterten Schnittstellenspezifikation wird gearbeitet

Der Arbeitskreis Systemintegration ist auch weiterhin mit der Erweiterung und Verbesserung der Schnittstellenspezifikation beschäftigt. Die Aufgaben sind hierbei vielfältig. Ein Kernthema ist die Vereinfachung der Schnittstelle für – aus Auto-ID Sicht – einfachere Anwendungsszenarien, um die Umsetzung und die Schnittstellenintegration zu beschleunigen und unnötige Hürden abzubauen. So könnte in Zukunft ein einfaches Scannen eines einzelnen Objektes rein über Variablen erwirkt werden. Funktionsaufrufe wären damit nicht mehr erforderlich.

Klassische Sensorik und Auto-ID wachsen zusammen

Ein weiteres Thema ist die Integration von Sensordaten. Insbesondere die RAIN-RFID-Technik wird immer häufiger zur Übertragung von Sensorwerten genutzt. So kann ein Objekt eindeutig identifiziert werden, zusätzliche Daten ausgelesen und geschrieben sowie der aktuelle Zustand des Objektes abgefragt werden. Informationen, ob das Getriebe zu heiß, die Karosserie feucht oder der Container sicher verriegelt ist, können direkt mit abgefragt werden. Oft sogar batterielos – also passiv und ohne zusätzliche Wartungsarbeiten. Die einzelnen Technologien verschmelzen hierbei immer mehr. Klassische Sensorik und Auto-ID wachsen zusammen.

Wie am OPC Foundation Messestand auf der SPS 2018 zu sehen war, sind inzwischen Barcode-, HF- und UHF-Geräte mit OPC-UA-Schnittstelle verfügbar.
Wie am OPC Foundation Messestand auf der SPS 2018 zu sehen war, sind inzwischen Barcode-, HF- und UHF-Geräte mit OPC-UA-Schnittstelle verfügbar.
(Bild: Harting)

AIM Deutschland hat auch diesen Aspekt in einem zusätzlichen Arbeitskreis „RFID & Sensorik“ aufgegriffen. Die Ergebnisse und Empfehlungen dieses Arbeitskreises sollen bei der Erweiterung der OPC-UA-basierten Schnittstelle mit berücksichtigt werden. Zudem gibt es einen internationalen Austausch über den RAIN bzw. AIM North America Verband. Das neuste Release der Specification von AIM Deutschland in Kooperation mit der OPC Foundation wurde auf der diesjährigen Hannover Messe vorgestellt. Erste Ergebnisse der Arbeitspakete sind den Experten zufolge bereits enthalten.

SPS: Halle 10, Stand 104

* Olaf Wilmsmeier, Business Development Manager RFID, Harting IT Software Development; Boardmember of AIM-D

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