Die Produktionsleistung einer Anlage im medizinischen Umfeld soll durch ergänzende Qualitätsprüfungen im Prozess gesteigert werden. Hierfür erfasst der Kunde mithilfe eines hochpräzisen Spektrometers produktspezifische Daten, die anderen Teilnehmern im Produktionsumfeld zur Auswertung und Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden sollen. Eine Lösung für die sichere und effiziente Datenübertragung bot sich mit dem OPC-UA-Standard an. Die vorhandene Steuerung, der kundenspezifisch angepasste Embedded-PC EPPC-T10 von ESD Electronics, läuft mit dem Echtzeitbetriebssystem OS-9 von MicroSys. In enger Zusammenarbeit wurde ein OPC UA Server unter OS-9 in die Kundenapplikation integriert. Gemeinsam wurden die spezifischen Anforderungen des Kunden zur Übertragung großer Datenmengen aus dem Spektrometer in ein effizientes Datenmodell überführt. Die flexible und zuverlässige Datenübertragung über OPC UA ermöglicht einen nahtlosen Informationsfluss zwischen den beteiligten Systemen und trägt zur Steigerung der Produktionsleistung bei.
OPC UA: Plattformunabhängige Architektur
Durch die Umstellung des Datenaustauschs bestehender Systeme auf den offenen Standard OPC UA gemäß IEC62541 entsteht im industriellen Umfeld eine flexible, transparente und plattformunabhängige Architektur für standardisierte und sichere Kommunikation. Standardisierte Schnittstellen ermöglichen den einfachen Zugriff auf vielfältige Anwendungen wie MES-, SAP- und ERP-Systeme, Datenbanken und Cloud-Plattformen, was die Effizienz und Integration in der Industrie maßgeblich verbessert.
Vorsprung durch Kommunikations-Knowhow
Bereits seit den 1990er Jahren entwickelt das mittelständische Unternehmen aus Hannover industrielle Automatisierungskomponenten. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf dem Einsatz von Echtzeitbetriebssystemen wie OS-9, QNX, VxWorks und RTX/RTX 64, aber auch Linux, Windows/Windows Embedded kommen in vielen Lösungen zum Einsatz. Neben der Erstellung und Anpassung von Board Support Packages (BSPs) für Eigen- und Fremdhardware standen immer auch die Kommunikationsschnittstellen im Fokus. Dies ermöglicht es, kurzfristig auf Kundenanforderungen zu reagieren und neue Kommunikationstechnologien wie z.B. OPC UA schnell und effizient zu integrieren. Durch Kundennähe und individuelle Beratung profitieren die Anwender heute von den erfahrenen Mitarbeitern und können so neue Möglichkeiten der Kommunikation in produktionsnahen Netzwerken schnell integrieren, ohne in die bestehende Architektur einzugreifen. Neben der kundenspezifischen Entwicklung werden auch eine Vielzahl von Standardprodukten rund um CAN, Profinet, Ethercat und vieles mehr angeboten. Darunter auch einen OPC UA Server für Windows, der die Daten des CAN-Bus als Objekte zur Verfügung stellt.
OPC UA Server für CAN-Netze
Der CAN-OPC UA Server ermöglicht einen einfachen und sicheren plattformunabhängigen Datenaustausch zwischen CAN- und CAN-FD-Feldbusgeräten und Ethernet-basierten Clients. CAN-Frames und einzelne Bits werden als Objekte abgebildet, um OPC-Variablen mit präziser Bitlänge/Position aus den CAN-Daten zu generieren. Durch flexible Anpassungsmöglichkeiten wie Berechtigungen, Beschreibungen und Einheiten lassen sich die OPC-Variablen an individuelle Anforderungen anpassen. Hierbei werden die CAN-Daten anhand definierter CAN-IDs, Bitpositionen und Bitlängen sowie Datenkonvertierungsregeln für verschiedene Datentypen (Boolean, SByte, Byte, Int16, UInt16, Int32, UInt32 usw.) auf einzelne oder mehrere OPC-UA-Variablen abgebildet. Zur Definition der Variablen lassen sich zusätzliche Optionen für Struktur und Zugriff bereitstellen. Das Mapping der Daten erfolgt über eine leicht bearbeitbare CSV-Datei, die mit einem gängigen Texteditor oder Tabellenkalkulationsprogramm angepassbar ist.
Jedes empfangene CAN-Frame aktualisiert automatisch die Daten der zugehörigen OPC-Variablen und enthält Informationen über die zuletzt empfangene CAN-Nachricht sowie den Status der Variablen. In umgekehrter Richtung lässt sich die Konfiguration so einstellen, dass bei einer Änderung der Daten der OPC-Variablen entweder direkt das Senden einer entsprechenden CAN-Nachricht ausgelöst wird oder die Informationen gespeichert und erst auf Anforderung gesendet werden. Diese bidirektionale Kommunikation ermöglicht eine effiziente und flexible Datenübertragung zwischen dem CAN-Feldbus und OPC UA.
Der CAN-OPC UA Server für Windows unterstützt eine vollständig integrierte Verschlüsselung und Authentifizierung der OPC-UA-Kommunikation. Wegen der Implementierung als Windows-Service können die Dienste ohne aktiven Benutzer ausgeführt werden. Der OPC UA Server erfüllt die Anforderungen der OPC-UA-Spezifikation 1.3 (Micro Embedded Device Server Profile, SecurityPolicy-Basic256Sha256). Regelmäßige Tests und Updates stellen sicher, dass der Server stets den aktuellen Änderungen entspricht.
Einbinden des IIoT-Umfelds
Der OPC-UA-Standard ist das Tor zu einem offenen und dennoch standardisierten Datenaustausch auch in bestehenden Systemen bis hin zum IIoT-Umfeld. Um diesen Standard einfach nutzen zu können, bietet ESD Electronics OPC UA Server sowohl als Standardprodukt für CAN als auch als kundenspezifische Applikation auf diversen Hardware-Plattformen und Betriebssystemen an. Zusätzlich stehen praxisorientierte Workshops zu OPC UA und verschiedenen Echtzeitbetriebssystemen wie OS-9 zur Verfügung.
