OPC Unified Architecture (UA)

Die Einbeziehung von Cloud-Diensten in den Automatisierungsablauf gewinnt zunehmend an Attraktivität, sei es zur Realisierung einer zentralen Datenspeicherung oder auch zu Analysezwecken. Durch die Erweiterung von OPC UA um Publisher/Subscriber-Mechanismen lassen sich solche Cloud-Dienste anbinden, z. B. über das Transportprotokoll MQTT. Beckhoff stellt mit den Produkten TF6105 TwinCAT 3 OPC UA Pub/Sub und TF6720 TwinCAT 3 IoT Data Agent zwei TwinCAT 3 Functions bereit, um solche Anwendungsszenarien adressieren zu können. Darüber hinaus ermöglicht der IoT-Buskoppler EK9160 eine direkte Anbindung der I/O-Ebene über MQTT an die Cloud.

Mit den Functions TE6100 TwinCAT 3 OPC UA Nodeset Editor und TF6100 TwinCAT 3 OPC UA ermöglicht Beckhoff die Integration von Companion-Spezifikationen in das Automatisierungsprojekt und deren anschließende Verwendung. Mithilfe des Nodeset Editors lassen sich Companion-Spezifikationen (bzw. die daraus resultierenden Nodeset-Dateien) laden und für die Modellierung des Maschinenprojekts verwenden. Datenpunkte aus der Companion-Spezifikation lassen sich grafisch mit Datenpunkten aus der SPS verknüpfen. Eine automatische SPS-Codegenerierung reduziert dabei den Engineering-Aufwand und macht die Integration einfacher. Das entstandene Projekt kann dann in den TwinCAT OPC UA Server geladen werden, wodurch OPC UA Clients eine standardisierte Schnittstelle für den Zugriff auf Maschinendaten anhand der Companion-Spezifikation erhalten.

TwinCAT 3 Scope ist ein Software-Oszilloskop für die grafische Darstellung von Signalverläufen in verschiedenen Chart-Typen. Dies können beispielsweise YT-, XY-, Bar- oder Digital-Charts sein. Langzeitaufnahmen, erweiterte Exportmöglichkeiten und triggergesteuertes Abspeichern sind im Funktionsumfang enthalten. Durch die Integration von OPC UA ermöglicht TwinCAT Scope auch den Zugriff auf Variablen von Fremdgeräten, wodurch sich diese einfach und bequem in der gewohnten Scope-Oberfläche diagnostizieren lassen.

OPC UA kann auch in die TwinCAT HMI integriert werden. Somit wird die Visualisierung von Fremdgeräten und der Zugriff auf die dort bereitgestellten Variablen ermöglicht.

Der Beckhoff Device Manager, mit dem eine Gerätediagnose mit einer Vielzahl von Systemwerten durchgeführt werden kann, ist standardmäßig in allen Beckhoff IPCs vorinstalliert. Die Systemwerte werden zum einen über Standardfunktionen des Windows‑Betriebssystems und zum anderen über spezielle Funktionen des Beckhoff BIOS abgerufen. Mit dem Steuerungsrechner als zentrales Element der Maschinensteuerung, dessen Ausfall hohe Stillstandskosten verursachen kann, ist die Möglichkeit zur Überprüfung des Geräts essenziell. Um einem Ausfall vorzubeugen und Stillstandszeiten zu minimieren, ist es wichtig, kritische Zustände, wie z. B. einen drohenden Hitzekollaps durch den Ausfall eines Lüfters oder eine unzureichende passive Kühlung, frühzeitig zu erkennen. Zur Erfassung, Analyse und Auswertung der Systemdaten im laufenden Betrieb bieten daher alle Beckhoff IPCs die Möglichkeit einer ausgefeilten Systemdiagnose mit einem einheitlichen, sicheren Zugriff auf die vorhandenen Hardware- und Softwarekomponenten. Der Beckhoff Device Manager verfügt über einen integrierten OPC UA Server, der auf jedem Beckhoff Industrie- und Embedded-PC einsatzbereit ist und Zugriff auf die Diagnosedaten des IPCs bietet.

Aufgrund der offenen und flexiblen Kommunikationsarchitektur von TwinCAT eignen sich die TwinCAT 3 Functions auch ideal für die Realisierung von Retrofit-Szenarien. Eine existierende Maschine kann dabei sehr einfach über ein Beckhoff Edge Device mit OPC UA-Technologie erweitert werden, ohne den Programmcode der Maschine ändern zu müssen. Bei der Wahl der Edge Device Hardware kann der Kunde auf die große Vielfalt an Beckhoff Industrie-PCs zurückgreifen. Grundsätzlich ist jeder Beckhoff Industrie-PC in der Lage, solche Edge-Device-Funktionalitäten bereitzustellen und auszuführen. Dadurch kann man das Edge Device und die darauf laufende Software perfekt für seinen Einsatzzweck skalieren.

Modularisierung ist ein wichtiges Thema im Maschinen- und insbesondere Anlagenbau, um die Flexibilität und Wiederverwendbarkeit von Anlagenteilen zu erhöhen. Dadurch werden die Umbau- und Rüstzeiten minimiert. Module Type Package (MTP) wurde herstellerübergreifend als Standard etabliert und kommuniziert während des produktiven Ablaufs mit OPC UA. TwinCAT unterstützt die effektive Anlagen-Modulerstellung in der Engineering- sowie auch Produktionsphase durch die TwinCAT 3 Functions TF8400 und TF8401.

In der klassischen Systemarchitektur werden I/O-Geräte, z. B. EL-Klemmen, in TwinCAT angebunden und dort entsprechend weiterverarbeitet und geschaltet. Über diesen Weg kann die Function TF6100 TwinCAT 3 OPC UA verwendet werden, um die I/O-Geräte über OPC UA erreichbar zu machen.

Über den IoT-Koppler EK9160 steht jedoch auch ein Hardware-Buskoppler zur Verfügung, welcher eine OPC UA-Server-Schnittstelle direkt integriert hat. Die angeschlossenen I/O-Klemmen werden hierbei automatisch beim Start des Gerätes erkannt und über den OPC UA Server bereitgestellt. Das ermöglicht die schnelle und sichere Anbindung von I/O-Datenpunkten. Auch im Retrofit-Szenario kann der EK9160 seine Stärken ausspielen: Zusätzliche Sensoren lassen sich auch an einer existierenden Anlage ohne viel Aufwand hinzufügen und über die standardisierte OPC UA-Schnittstelle bereitstellen.