OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) hat sich als De-facto-Standard für den sicheren, plattformunabhängigen Informationsaustausch in der industriellen Automatisierung etabliert. Ob Fertigungs- und Prozessautomatisierung, Energieversorgung oder Infrastruktur: Seit vielen Jahren sorgt OPC UA dafür, dass Maschinen, Geräte und Softwaresysteme unterschiedlicher Hersteller miteinander kommunizieren können.
Drei grundlegende Eigenschaften
- Informationsmodellierung: OPC UA überträgt nicht nur Daten, sondern beschreibt auch deren Bedeutung. Objektorientierte Informationsmodelle mit Variablen, Methoden und Beziehungen sorgen dafür, dass Informationen systemübergreifend einheitlich interpretiert werden können.
- Integrierte Sicherheit: Verschlüsselung, Authentifizierung und Autorisierung sind fester Bestandteil der Architektur. Damit ermöglicht OPC UA einen geschützten Datenaustausch zwischen berechtigten Kommunikationspartnern.
- Transportunabhängigkeit: OPC UA unterstützt unterschiedliche Transportprotokolle wie TCP, UDP, HTTPS oder WebSockets. Dadurch lässt sich die Technologie auf verschiedenen Plattformen und in unterschiedlichen Netzwerkumgebungen einsetzen – vom Embedded-System bis zur Cloud.
Für die deterministische Kommunikation auf der Feldebene war das klassische OPC UA allerdings ursprünglich nicht ausgelegt. Hier dominierten bislang Echtzeit-Ethernet- und Feldbussysteme. Genau an dieser Stelle setzt OPC UA FX an.
OPC UA FX (Field eXchange)
Die Erweiterung überträgt die grundlegenden Konzepte von OPC UA auf die zeitkritische Kommunikation zwischen Steuerungen, Antrieben, I/O-Systemen und anderen Feldgeräten. Ziel ist ein offener, herstellerunabhängiger Kommunikationsstandard, der auch anspruchsvolle Echtzeitanforderungen erfüllt. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Publish/Subscribe-Kommunikationsmodell (PubSub). Anders als bei der klassischen Client/Server-Kommunikation werden Daten nicht individuell von jedem Teilnehmer angefordert, sondern effizient im Netzwerk verteilt. Die Übertragung kann dabei über UDP/IP erfolgen, um Daten auch über Netzwerkgrenzen hinweg bereitzustellen. Alternativ ermöglicht ein direktes Mapping auf Ethernet besonders kurze Zykluszeiten und eine effiziente Kommunikation innerhalb eines Netzwerksegments. In Verbindung mit Time-Sensitive Networking (TSN) lassen sich deterministische Übertragungszeiten und eine präzise Synchronisation realisieren. Gleichzeitig bleiben die grundlegenden OPC UA-Mechanismen erhalten. Damit entsteht die Grundlage für eine durchgängige Kommunikationsarchitektur, die nicht an der Steuerungsebene endet, sondern auch die Anbindung an Edge- und Cloud-Systeme ermöglicht.
TSN, Ethernet-APL und 5G als Wegbereiter
Damit eine einheitliche Kommunikationsinfrastruktur von der Leitebene bis zum Feldgerät entstehen kann, müssen unterschiedliche technische Anforderungen erfüllt werden. Hier kommen mehrere sich ergänzende Technologien ins Spiel. Time-Sensitive Networking (TSN) erweitert Standard-Ethernet um Mechanismen für die deterministische Datenübertragung. Dazu gehören u.a. eine präzise Zeitsynchronisation, die zeitgesteuerte Übertragung von Datenströmen sowie die Reservierung von Bandbreite. Auf dieser Grundlage lassen sich zeitkritische Anwendungen und weniger kritischer Datenverkehr über eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur betreiben.
