Was versteht man unter OPC UA?
"Open Platform Communications Unified Architecture" (kurz OPC UA) ist ein plattformunabhängiger Kommunikationsstandard, der im Jahr 2008 von der OPC Foundation veröffentlicht wurde. Der Standard ist international in der IEC 62541 genormt und wird weltweit von Automatisierungslieferanten für Hard- und Software unterstützt.
Dabei beschreibt OPC UA nicht nur ein Kommunikationsprotokoll, sondern auch die Semantik der übertragenen Objekte. Somit wird der Zugriff auf alle Systeme im industriellen Umfeld standardisiert und der herstellerunabhängige Datenaustausch zwischen Maschinen ermöglicht.
OPC UA FX: Einheitliche Kommunikation vom Feld bis in die Cloud
OPC UA FX (Field eXchange)
OPC UA FX ist eine Spezifikation von OPC UA, die in der so genannten „Field Level Communications Initiative“ erarbeitet wird. Damit wird der bisher nur auf überlagerten Kommunikationsschichten genutzte Standard nun bis in die Feldebene nutzbar. Dies ermöglicht den herstellerübergreifenden Austausch von Prozess- und Konfigurationsdaten zwischen Automatisierungskomponenten in der Feldebene.
OPC UA FX erweitert dafür das bisherige Protokoll um verschiedene Anwendungsprofile für die Fabrik- und Prozessautomatisierung, z. B. I/O, Safety oder Motion. Darüber hinaus werden standardisierte Gerätemodelle definiert, für eine einheitliche Konfiguration und eine einheitliche Diagnose der Geräte im Netzwerk. Auch die notwendigen Konformitätstests für eine hohe Kompatibilität werden beschrieben. Zusammengenommen ist somit zukünftig eine flächendeckende Anbindung der Feldgeräte in die Cloud und dadurch eine durchgängige Verbindung der IT und OT möglich.
Die wichtigsten Merkmale von OPC UA
Kommunikationsmechanismen
Das Thema OPC UA wurde lange Zeit als Client-Server-Technologie ausgeprägt. Insbesondere bei Cloud-Szenarien ist dieser Ansatz aber limitiert. Deswegen wurde OPC UA 2018 über die OPC UA PubSub-Spezifikation um eine verbindungslose Kommunikation erweitert. Client-Server und PubSub nutzen die Informationen aus dem gleichen Namensraum. Beide Ansätze können gleichzeitig sowohl in einem Netzwerk als auch in einem Gerät genutzt werden.
Bei der Client-Server-Kommunikation fragt ein Client eine Information an (Request) und erhält eine Antwort von einem Server (Response).
OPC UA mit der Client-Server-Kommunikation
OPC UA mit der Client-Server-Kommunikation ist in der Automatisierung weit verbreitet. In diesem bewährten Kommunikationsmechanismus erhält jeder OPC UA-Client über eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation Zugriff auf die Daten des OPC UA-Servers. Der OPC UA-Server bildet somit die Basis der OPC Kommunikation, indem er die Anfragen des Clients bearbeitet und anschließend eine Antwort zurückübermittelt. Der OPC Client ist somit das logische Gegenstück zum OPC Server, der die Kommunikations-Sessions aufbaut. Im Allgemeinen kann die Client/Server-Kommunikation an seine Grenzen stoßen, wenn das Netzwerk viele Teilnehmer hat.
Bei der PubSub-Kommunikation sendet ein Server seine Daten in das Netzwerk (Publish). Jeder Client kann diese Daten empfangen (Subscribe).
OPC UA mit der PubSub-Kommunikation
Bei OPC UA mit dem PubSub-Modell wird verbindungslos und unbestätigt kommuniziert. PubSub steht für Publish und Subscribe, denn der Server kann seine Daten in das Netzwerk (Publish) senden, sodass jeder Client diese Daten empfangen (Subscribe) kann. Um die Daten ver- und entschlüsseln zu können, müssen beide Kommunikationspartner über die gleichen Security-Credentials verfügen. Entweder ein Publisher stellt Daten zur Verfügung, die von beliebig vielen Subscribern im Netzwerk empfangen werden oder viele Publisher senden Informationen an einen Subscriber. OPC UA PubSub eignet sich somit besonders gut für die direkte IoT-Kommunikation oder für schnelle zyklische Prozesse auf Feldebene.
OPC UA PubSub und TSN ermöglichen die echtzeitfähige Kommunikation auf Steuerungs- und Device-Ebene.
OPC UA und Time-Sensitive Networking
In Kombination mit Time-Sensitive Networking (TSN) ermöglicht OPC UA PubSub die echtzeitfähige Kommunikation auf Steuerungs- und Device-Ebene. OPC UA PubSub erfüllt die Anforderung von zeitkritischen Anwendungen mit hoher Synchronität, Determinismus und Konvergenz. Zeitsynchronisierung und Priorisierung von Daten sorgen dafür, dass sich IT- und OT-Kommunikation in TSN-fähigen Netzwerken nicht gegenseitig beeinflussen.
OPC UA umfasst grundlegenden Mechanismen zur sicheren Nutzung der Architektur.
OPC UA und Cyber Security
Als zentraler Bestandteil der Vernetzung hat OPC UA zahlreiche Cyber-Security-Mechanismen integriert. Ein spezieller Security-Layer definiert die Authentifizierung von Diensten und Geräten sowie die Verschlüsselung, Signierung und Authentifizierung von Daten über Token, Zertifikate oder User und Passwort. Die Rollen sowie benötigte Security-Credentials können dabei zentral verwaltet und standardisiert verteilt werden.
Unser Engagement in der OPC Foundation Der Standard für die Zukunft
Für einen einheitlichen, herstellerübergreifenden Kommunikationsstandard unterstützt Phoenix Contact gemeinsam mit anderen Unternehmen die OPC Foundation in ihren Bemühungen, OPC UA bis in die Feldebene zu standardisieren. Als einer der Treiber dieser Initiative arbeitet Phoenix Contact in den verschiedenen Arbeitsgruppen der OPC Foundation mit, um für alle Geräte in der OT den zukünftigen Standard zu definieren, vom Sensor über Aktoren bis hin zu Steuerungen.
Weitere neue Kommunikationstechnologien Durchgängig bis ins Feld kommunizieren
In vielen Gremien und Standardisierungsprojekten entstehen im Moment neue Kommunikationsstandards wie OPC UA, TSN, SPE und 5G. Diese neuen Technologien sind jedoch nicht unabhängig voneinander zu sehen, sondern bilden gemeinsam die Kommunikation der Zukunft.
Als Technologieführer mit mehr als 30 Jahren Erfahrung im Bereich der industriellen Kommunikationstechnik engagiert sich Phoenix Contact in allen wichtigen Standardisierungsgremien. Dort gestalten wir für Sie den neuen, herstellerübergreifenden Kommunikationsstandard für die Automatisierung mit.
Erfahren Sie auf unseren Seiten mehr über die neuen Standards.
