OPC Unified Architecture

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Die OPC Unified Architecture (OPC UA) ist der aktuelle Datenaustausch-Standard der OPC-Foundation und wurde als IEC 62541 veröffentlicht. Hierdurch wird eine sichere sowie hersteller- und plattformunabhängige Kommunikation von Rohdaten und vorverarbeiteten Informationen von der Sensor- und Feldebene bis zum Leitsystem und in die Produktionsplanung ermöglicht.

Siehe auch OPC-Foundation für mehr Informationen zum Verband.


Merkmale von OPC UA

Im Vordergrund stehen die Plattformunabhängigkeit und die Herstellerunabhängigkeit. Dies ist eine Weiterentwicklung gegenüber der ursprünglichen „Classic-OPC“ Lösung, die an die Windows Plattform (DCOM-Technologie) gebunden ist. In diesem Sinne ist die Kommunikation unabhängig von der Programmiersprache in der die jeweilige Software programmiert wurde. Derzeit sind Stacks in Ansi C/C++, .NET und Java verfügbar. OPC UA wurde aufbauend auf einer Service-Orientierten-Architektur (SOA) konzipiert. In diesem Sinne definiert OPC UA generische Dienste (request, response) OPC UA verwendet ein TCP-basiertes, optimiertes binäres Protokoll für den Datenaustausch über einen bei IANA eingetragenen Port 4840. Webservice und http werden optional unterstützt. Die OPC UA Sicherheitskonzepte beinhalten Anwenderauthentifikation und Anwendungsauthentifikation, die Signierung von Nachrichten sowie die Verschlüsselung der übertragenen Daten. Die Sicherheit basiert auf etablierten Standards wie SSL, TLS und AES. OPC UA definiert einen integrierten Adressraum und ein Informationsmodell, in welchem Prozessdaten, Alarme und historische Daten mit Funktionsaufrufen abgebildet werden können.


Technische Aspekte

OPC UA ermöglicht eine Interoperabilität auf semantischer Ebene. In diesem Sinne können komplexe Informationsmodelle mit ihren Instanzen und Typen (Metadaten) ausgetauscht werden. Um eine breite Abdeckung für unterschiedlichste Anwendungen von OPC UA zu erreichen sind bereits folgende Grundbausteine spezifiziert:

  • Der „Transport“ für die Mechanismen zum Datenaustausch zwischen OPC UA Anwendungen. Es existieren verschiedene Transportprotokolle.
  • Das „Datenmodell“ zur Spezifikation der Regeln und Grundbausteine, um ein Informationsmodell über OPC UA zu veröffentlichen.
  • Die „Base Services“ zur Realisierung der Schnittstelle zwischen Server und Client.


OPC UA Schichtmodell

Schichtmodell des OPC UA

Weitere Bestandteile des Informationsmodells sind: Data Access (DA) – Dieser beschreibt die Modellierung von Automatisierungsdaten und beinhaltet die Definition von Variablen, Engineering Units und Quality Codes. Alarms and Conditions (AC) – Hier wird definiert wie Zustände zu handhaben sind. Eine Zustandsänderung löst ein Event aus. Historical Data (HA) - Hierdurch wird der Zugriff auf historische Variablenwerte und Events ermöglicht. Programs – Prg – Ein Programm repräsentiert eine komplexe Aufgabe wie z.B. den Betrieb und die Bedienung von Batch-Programmen. Aufsetzend auf dem OPC UA Basismodell können beliebig komplexe, objektorientierte Erweiterungen vorgenommen werden. Die OPC UA Core Spezifikationen sind öffentlich zugänglich und auch als Normenreihe IEC 62541 abgebildet. Die derzeit 13 OPC UA Core Spezifikationen sind wie folgt in drei Gruppen strukturiert:

Core Specification Parts

Core Specification Parts zu deutsch: Basis-Spezifikationen. Diese Spezifikationen enthalten die Basiskonzepte der OPS UA Technologie und des Sicherheitsmodells, sowie eine abstrakte Beschreibung des OPC UA Metamodells und der OPC UA Dienste. Zudem wird hier auch das konkrete UA Informationsmodell und seine Modellierungsregeln beschrieben.

Part 1 Part 2 Part 3 Part 4 Part 5 Part 6 Part 7 Part 14
Concepts Security Model Address Space Model Services Information Model Service Mappings Profiles PubSub

Access Type Specification Parts

Access Type Specification Parts zu deutsch: Zugriffsmodelle. Diese Spezifikationen stellen die Erweiterungen des Informationsmodells für die Zugriffe auf Daten, Alarme und Meldungen sowie historische Daten und Programme dar.

Part 8 Part 9 Part 10 Part 11
Data Access Alarms & Conditions Programs Historical Access

Utility Type Specification Parts

Utility Type Specification Parts zu deutsch: Dienstfunktionen. Diese Spezifikationen enthalten Konzepte zum Finden von OPC UA fähigen Komponenten und deren Zugangspunkten in einem Netzwerk sowie die Beschreibung der Aggregatfunktionen und Berechnungen für die Verarbeitung historischer Informationen.

Part 12 Part 13
Discovery Aggregates

Companion Standards

Companion Standards stellen technologie-spezifische Informationsmodelle dar. Diese können von einer Interessensgruppe / Organisation in Abstimmung mit der OPC Foundation in einer Joint Working Group (JWG) erarbeitet werden. Im Sinne einer vollständigen Abbildung eines Anwendungsbereiches sollten relevante Vertreter in diesen Standardisierungsprozess eingebunden werden.

Prozess zur Realisierung von Companion Standards

Die OPC Foundation hat einen dreistufigen Prozess definiert, um fehlerfreie und vollständige Standards für einen Anwendungsbereich sicher zu stellen. Ausgangspunkt ist die Veröffentlichung der Companion Spec. Dies bedeutet, dass die Spezifikationen und das Informationsmodel (NodeSet) definiert sind und eine proof-of-concept Implementierung stattgefunden hat. Der zweite Schritt, die Adoption, ist realisiert, wenn mindestens zwei Hersteller unterschiedliche Implementierungen umgesetzt haben und diese in einem PlugFest getestet wurden. Abgerundet wird dies durch die Verfügbarkeit von Testspezifikationen und der Implementierung von Test Cases und Methoden, die eine Produktzertifizierung in einem OPC-Testlabor ermöglichen.

Liste bestehender Companion Standards

  • OPC UA für Devices (IEC 62541-100)
  • OPC UA für Analyser Devices
  • OPC UA für Field Device Integration
  • OPC UA für Programmable Controllers based on IEC 61131-3
  • OPC UA für Enterprise and Control Systems based on ISA 95
  • OPC UA für AutoID (AIM)
  • OPC UA für BACnet (Building Automation)
  • OPC UA für Robotics – Part 1: Condition monitoring, asset management, predictivemaintenance, vertical integration (VDMA 40010-1)OPC UA für Machine Vision (VDMA 40100)
  • OPC UA für Plastic and Rubber Machinery (Euromap 77, Euromap 82.1, Euromap 83)
  • OPC UA Information Model for CNC Systems
  • OPC UA umati – universal machine tool interface (under development)

Nachweise und Links


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