Erschienen am: 12.12.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 12 2017

AS-i Gateways mit OPC UA

Direkter Kommunikationskanal in das industrielle IoT

Daten sind der wohl wichtigste industrielle Rohstoff der Zukunft. Sie auf intelligente und zielgerichtete Weise zu sammeln und zu übertragen wird um so wichtiger, je konkreter die Smart Factory und das industrielle IoT Gestalt annehmen. Mit OPC UA hat sich ein Kommunikationsstandard etabliert, der einen direkten Big-Data-Transfer von der Feldebene bis in die IT-Ebene ermöglicht. Die neue AS-i Gateway Plattform mit OPC-UA-Schnittstelle von Bihl+Wiedemann bildet dabei einen direkten Kommunikationskanal zur vertikalen Übertragung von Prozess-, Status- und Diagnoseinformationen.


Das AS-i 3.0 Gateway vom Typ BWU3693 für Ethernet/IP und Modbus TCP verfügt über einen integrierten Sicherheitsmonitor und OPC-UA-Schnittstelle.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbH

Für Geräte an der Basis der Automation ist eine konsequente Leistungssteigerung unabdingbar, um Daten gemäß den Ansätzen von Big Data zukunftssicher sammeln und übertragen zu können. Egal ob Rechenleistung, Geschwindigkeit oder Funktionalität - alles wird sich auch in Zukunft innerhalb kurzer Zeiträume um Faktoren verbessern müssen. Im Besonderen trifft dies auf AS-i Gateways zu, die in ihrer Doppelfunktion als Schnittstelle und Netzwerkknoten auf der unteren Feldebene als erste und direkt auf die Daten von Sensoren und Aktoren zugreifen können. Mit dem AS-i Gateway BWU3693 stellte Bihl+Wiedemann auf der diesjährigen SPS IPC Drives in Nürnberg das erste Gerät mit einer neuen Hardwareplattform mit integrierter OPC-UA-Schnittstelle vor.

Neue Konnektivität durch Ethernet-basierte Vernetzung

Omnidirektional kommunizierende und dezentral organisierte Netzwerkstrukturen lösen immer häufiger klassisch-pyramidische, bidirektionale Automatisierungskonzepte rund um eine zentrale Steuerung ab. Gleichzeitig sind beispielsweise per AS-i eingesammelte Daten von Sensoren und Aktoren nicht mehr nur für Steuerungen von Bedeutung, sondern auch für eine zunehmende Anzahl von Interessenten und Anwendungen. Diagnoseprogramme, Fernwartungsserver, Visualisierungssysteme, Condition Monitoring und andere - auch Cloud-basierte - Applikationen wollen aus dem Big-Data-Pool schöpfen. Und das am besten direkt, ohne die Daten auf den bisher üblichen Kommunikationswegen von ganz unten nach ganz oben durchzuschleusen. Die für einen solchen direkten Kommunikationskanal erforderliche Infrastruktur und Technik ist in Form Ethernet-basierter Feldbusse vielerorts bereits vorhanden. Sie bieten die notwendige Datenübertragungsperformance und ermöglichen eine vertikale Durchgängigkeit, um - immer öfter auch an der Steuerungsebene vorbei - aus verteilten Systemen und Anwendungen auf Feldgeräte zugreifen zu können. OPC UA hat sich hier als erster De-facto-Standard etabliert und wird als Kommunikationsprotokoll sowohl von Herstellern der Automatisierungsbranche forciert als auch von großen Softwarehäusern, die immer stärker in die Fabrikhallen drängen.

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Kommunikation und Konnektivität ohne Kompromisse

Bihl+Wiedemann sieht seine Rolle nicht unbedingt als Treiber von Industrie 4.0, sondern eher als Enabler, dessen Produkte Daten in passender Form und effizienter Art dorthin transportieren, wo sie für Big-Data-Analysen genutzt werden können. Die Integration der Datenschnittstelle OPC UA in die AS-i Gateways ist ein logischer Schritt - ist dieses Protokoll doch ein weiteres Steinchen im Mosaik der vielseitigen maschinellen Kommunikationsmöglichkeiten, die die Kleinsteuerungen von Bihl+Wiedemann mit ihren Feldbusschnittstellen bereits bieten. Die neue Hardwareplattform mit OPC UA onboard ermöglicht es, Daten zu sammeln, zu aggregieren und in einem Format bereitzustellen, das IT-Spezialisten in den Unternehmen direkt für die jeweiligen Analysen nutzen können. Ohne diese Schnittstelle kann die vertikale Konnektivität nur indirekt erfolgen, das heißt, Daten müssen über eine oder mehrere Steuerungen hinweg in die IT- oder Leitebene durchgeroutet werden. Das belastet die Kommunikationswege, beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit der Steuerungen, ist für den SPS-Programmierer mit großen Aufwand verbunden und letztlich auch mit einem erhöhten Ausfallrisiko behaftet. Von der kaum möglichen Integration in Kommunikationsprozesse beispielsweise der Smart Factory ganz zu schweigen - denn hier wollen viele und ganz unterschiedliche Interessenten die Daten nutzen wie Diagnoseprogramme, Condition-Monitoring-Apps, Visualisierungssysteme, über Safe Link verbundene Module in anderen sicheren AS-i-Kreisen oder verschiedene IT-Tools.

AS-i Gateway mit OPC UA für die zukunftssichere Vernetzung

Zukunftssicherheit war eine der zentralen Vorgaben bei der Entwicklung der neuen, leistungsfähigen AS-i Gateway Plattform mit OPC UA von Bihl+Wiedemann. In den Geräten werden beispielsweise Dual-Core-Prozessoren mit 800MHz eingesetzt, was einer hundertfachen Leistungssteigerung im Vergleich zu den Gateways der ersten Generation entspricht, um mittelfristig den absehbaren Anforderungen an die Rechenleistung zu genügen. Diese ist für Standardanwendungen in der Smart Factory ebenso erforderlich wie für zunehmend aufwändigere Sicherheitskonzepte in immer komplexeren Umgebungen, beispielsweise der Antriebstechnik und der Robotik. Auch die Datenschnittstelle OPC UA verspricht hohe Zukunftssicherheit: Schließlich handelt es sich um eine herstellerunabhängige, offene Kommunikationsplattform mit einheitlicher Architektur, die international schon heute sehr weit verbreitet ist und mit Blick auf die IT-Security über integrierte Sicherheitsmechanismen wie RSE oder AES verfügt. Damit ermöglicht die Schnittstelle stringente kryptografische Konzepte. Die AS-i Gateways verfügen zudem über ein weiteres Sicherheitsmerkmal: physisch getrennte Netzwerkschnittstellen. Dadurch wird der nicht autorisierte Zugriff von einem Netzwerk zum anderen deutlich erschwert - und gleichzeitig die Segmentierung von Einzelsystemen signifikant erleichtert.

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Vertikale Konnektivität in der gerätetechnischen Umsetzung

Abgesehen vom zunehmenden Grundrauschen des Marktes in Sachen OPC UA hat die Entwicklung der neuen Gateway Plattform einen ganz direkten Bezug zur Praxis: die Anfrage von Kunden, die die AS-i Gateways mit OPC UA von Bihl+Wiedemann als rein lokale Lösung an der SPS vorbei mit einem Bediengerät verbinden wollen. Hieraus entstanden ist als erstes Gerät mit der neuen Plattform das AS-i 3.0 Gateway BWU3693 für Ethernet/IP und Modbus TCP mit integriertem Sicherheitsmonitor und OPC-UA-Schnittstelle. Die universelle Schnittstelle ermöglicht den Datendurchgriff über alle Automatisierungs-, IT-, MES- und ERP-Ebenen bis in die Cloud. Die Komponenten unterschiedlicher Hersteller können in standardisierter Form vernetzt und ihre Daten auch auf mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets verarbeitet, analysiert und dargestellt werden. Weitere Anfragen liegen unter anderem auch für Profinet Gateways mit OPC UA vor, die sich auf Projekte in der Umsetzung von Industrie 4.0 beziehen. Dabei geht es um ganz unterschiedliche Themenfelder: die Analyse von Schwachstellen in Prozessen und Produktionsabläufen, die Einbindung in Visualisierungstools oder Condition-Monitoring-Anwendungen, die Überwachung der Werkzeugabnutzung im laufenden Prozess, die direkte Anbindung der Feldinstrumentierung an die Leitwarte ohne aufwändige Parallelverdrahtung, die informationstechnische Zusammenführung modularer Anlagen über ein einziges Protokoll für alle Datenübergabepunkte oder die Analyse großer Datenmengen mit Hilfe intelligenter Algorithmen. Die Integration der OPC-UA-Schnittstelle in die AS-i Gateways von Bihl+Wiedemann schafft die Voraussetzung, um die digitale Vernetzung der industriellen Produktion mit der sie begleitenden Informationstechnologie noch vielseitiger und effizienter zu gestalten.

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