Durchblick im Daten-Dschungel

Elektroautomation

OPC - Während dem Aufbau eines MES-Systems arbeitete Shanghai Petrochemical auch daran, die Datenerfassung von SPS- und PLS-Systemen unterschiedlicher Hersteller zu vereinfachen. Nun nutzt die Firma ein offenes Konnektivitätsprotokoll auf Basis des OPC-Standards, bei dem Geräte unterschiedlicher Hersteller miteinander kommunizieren können.

29. März 2012

Mit Hilfe von OPC (Ole for Process Control) können Geräte, Controller oder Anwendungen unabhängig von den verschiedenen Treibern miteinander kommunizieren. Damit funktioniert die Kommunikation über OPC offen statt proprietär. OPC abstrahiert dafür die Implementierungseigenschaften von Datenquelle wie etwa der SPS und Datenempfänger wie etwa dem HMI. Auf diese Weise lassen sich die Daten zwischen ihnen austauschen, ohne dass sie etwas über das Verbindungsprotokoll und die interne Datenorganisation des jeweils anderen wissen müssen.

Von Klassik bis Unified

Der OPC-Standard beruht auf mehreren Spezifikationen, die in drei Hauptbereiche eingeteilt werden können: OPC Klassik, OPC .Net 3.0 und OPC Unified Architecture (UA). Zu den am häufigsten verbreiteten Spezifikationen von OPC Klassik zählen OPC DA, um Echtzeitdaten zu übertragen, OPC HDA, um Verlaufsdaten beziehungsweise historische Daten zu übermitteln, sowie OPC A&E, womit sich Alarme und Ereignisse verschicken lassen. Diese OPC-Varianten beruhen auf den binären Microsoft-Kommunikationsprotokollen COM (Component Object Model) und DCOM (Distributed Component Object Model). Alle Steuerungssysteme, Maschinenschnittstellen, Automationsanwendungen etc., die auf der Windows-Plattform basieren, können mit dem klassischen OPC-Standard reibungslos Daten austauschen.

Der Standard OPC .Net 3.0, vorher auch bekannt als OPC Express Interface (OPC Xi), schließt die Lücke zwischen der .Net-Technologie von Microsoft und OPC Klassik. OPC .Net 3.0 ermöglicht Entwicklern, OPC-Clients und -Server zu programmieren, indem sie die neuesten .Net-Entwicklungswerkzeuge nutzen. Eine sehr vielseitige und damit auch zukunftsfähige Spezifikation ist OPC UA, die seit Anfang 2009 allgemein anerkannt ist. Die OPC Foundation hat OPC UA mit dem Ziel geschaffen, den Datenaustausch noch einfacher, sicherer und dialogfähiger zu gestalten.

Auf Basis einer serviceorientierten Architektur (SOA) und unabhängig von der Microsoft-Technologie DCOM kann OPC UA die klassischen Ausprägungen (OPC DA, OPC HDA, OPC A&E) umsetzen. So lässt sich eine Verbindung zwischen der Unternehmensleitebene mit Unix-Systemen und eingebetteten Automatisierungskomponenten mit unterschiedlichen Windows- und Nicht-Windows-Betriebssystemen aufbauen.

MES-Daten im Blick

Die Vorteile der vereinheitlichten Kommunikation in der Automation mittels OPC zeigt das Beispiel von Shanghai Petrochemical. Das Unternehmen gehört zu den größten modernen Petrochemiefirmen Chinas und kombiniert Ölaufbereitung und chemische Verfahrenstechnik, um Ölprodukte, petrochemische Zwischenprodukte, Kunstharze sowie Faserstoffe herzustellen.

Im August 2010 implementierte das Unternehmen ein umfangreiches und aus mehreren Schichten bestehendes Manufacturing-Execution-System (MES). Es umfasst alle mit dem Produktionsmanagement verbundenen Abteilungen sowie andere Bereiche wie Fertigungsma-terialverwaltung und Energiemanagement und kann von sämtlichen Sensor- und Steuergeräten gelieferte Echtzeitdaten aus der Fertigung integrieren. So lässt sich für das unternehmensweite Produktionsmanagement eine einheitliche, gemeinsam genutzte Datenquelle bereitstellen. Die MES-Technologie bietet außerdem ein Enterprise-Resource-Planning (ERP) mit Material- und Versorgungsdaten.

Für den Aufbau des MES-Systems war es notwendig, die Daten von sämtlichen SPS-Systemen zu

erfassen, die mit den Hauptanlagen des Unternehmens verbunden sind. Die Daten mussten dafür in eine Echtzeit-PHD-Datenbank geladen werden. Insgesamt wurden für das MES-Projekt Daten von 51 SPS- und PLS-Systemen von mehr als zehn verschiedenen Leitsystemen namhafter Anbieter wie Siemens, Omron, Schneider und Allen Bradley gesammelt.

Angesichts so vieler Modelle und Anbieter entschied sich das Projektteam von Shanghai Petrochemical gegen die Implementierung einer proprietären Kommunikationsarchitektur – Kosten und Komplexität wären in diesem Fall zu hoch gewesen. Stattdessen beschloss das Team, ein offenes Konnektivitätsprotokoll auf Basis des OPC-Standards als Datenerfassungsschnittstelle zu nutzen, um die Daten zu erfassen und zu übertragen.

Shangai Petrochemical entschied sich dazu, mehrere Matrikon-OPC-Buffer und 26 Matrikon-OPC-Universal-PLC-Server mit entsprechenden Plug-Ins für die Systeme der unterschiedlichen Anbieter zu implementieren. Der Matrikon-OPC-Buffer ist eine fertige Lösung, um Daten remote zu archivieren und zu puffern. Mit dem optionalen History-Link-Modul können die im Puffer archivierten Daten außerdem in einen zentralen Historian weitergeleitet werden. Diese Lösung findet auch bei Shanghai Petrochemical Anwendung.

Einfach und einheitlich

Die genutzten Matrikon-OPC-Universal-PLC-Server sind OPC-Server, welche die Verbindung zu mehreren Geräten, Protokollen und APIs herstellen. Dabei lieferte Matrikon OPC alle entsprechenden OPC-Server für die verschiedenen Systemarten, die sich bei Shanghai Petrochemical zum Zeitpunkt der MES-Implementierung im Einsatz befanden. Shanghai Petrochemical installierte und konfigurierte die Matrikon-OPC-Software ohne Probleme. Dank der externen Schnittstellen der Steuerungssysteme geschah dies, ohne die jeweiligen Systeme herunterfahren zu müssen. Um die Daten zuverlässig zu erfassen, verwendet der Computer eine Matrikon-OPC-Buffer-Konfiguration mit dualer Netzwerkkarte. Somit werden die Daten auch dann erfasst, wenn das Netzwerk ausfällt.

Gleichzeitig reduziert diese Konfiguration auch die Belastung des Bedienrechners und isoliert diesen über die duale Karte vom übergeordneten Netzwerk. Die Bedrohung durch netzwerkbasierte Angriffe auf das Steuerungssystem lässt sich so wirksam vermindern. Die einheitlichen Software-Schnittstellen von Matrikon OPC stellen ein homogenes und integriertes Benutzererlebnis bereit und vereinfachen so die Bedienerschulung und Plattformkonfiguration. Zum Beispiel verfügt der OPC-Server für Siemens über einen integrierten Konfigurationsassistenten, der den Bediener durch die Konfiguration führt. Die Matrikon-OPC-Software unterstützt außerdem die Schnittstellen für verschiedene SPSen.

Beispielsweise bedient der Matrikon-OPC-Server für eine Siemens-SPS sowohl die Ethernet-Schnittstellenkarte als auch die MPI (PPI)-Schnittstelle, ohne dass dafür zusätzliche Software oder Schnittstellenmodule erforderlich wären. Dies senkt die Gesamtbetriebskosten, verkürzt die Integrationsdauer und vereinfacht die Architektur. Der Fall Shanghai Petrochemical verdeutlicht die Vorteile der Nutzung eines offenen und standardbasierten OPC-Kommunikationsprotokolls für Anlagenbetreiber. Dank der eingesetzten OPC-Lösungen von Matrikon OPC vermeidet Petrochemical Probleme, die aufgrund uneinheitlicher Datenerfassungsschnittstellen entstehen. Dank der Software konnte das Unternehmen seine Kosten senken, die Effizienz erhöhen und die Kommunikation vereinfachen.

Erschienen in Ausgabe: 02/2012