FDT in der Fabrikautomation (Teil 7 von 8)

FDT in der Fabrikautomation (Teil 7 von 8)

Mit FDT und OPC UA in
Richtung Industrie 4.0

Die beiden letzten Teile dieser Serie befassen sich mit Themen, die die Weiterentwicklung der FDT-Technologie betreffen. Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 wird OPC UA als wichtige Technologie für den Informationsaustausch angesehen. Dieser Artikel befasst sich mit der Anbindung eines FDT-Systems an OPC UA. Bild 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die Einordnung der beiden Technologien in das RAMI4.0-Modell. Die Bereitstellung der OPC-UA-Schnittstelle ermöglicht den Zugriff auf die Gerätedaten von übergeordneten Systemen (z.B. Asset Management System).

FDT Basiskonzepte – SPS-MAGAZIN 7/2015

Kommunikation – SPS-MAGAZIN 8/2015

Feldbus Konfiguration – SPS-MAGAZIN 9/2015

SPS Tool Integration – SPS-MAGAZIN 10/2015

Feldbus & Geräte Diagnose – SPS-MAGAZIN 11/2015

Deployment & Installation – SPS-MAGAZIN 12/2015

FDT und OPC UA für Industrie 4.0 – SPS-MAGAZIN 1+2/2016

Mobile, Cloud & IIoT – SPS-MAGAZIN 3/2016

Für die Spezifikation der Schnittstelle wurde eine gemeinsame Arbeitsgruppe der OPC Foundation und der FDT Group gegründet. Hierfür wurden u.a. folgende Anwendungsfälle definiert:

  • • Zugriff auf die Topologieinformation
  • • Bereitstellung der Geräte-Identifikationsdaten
  • • Auslesen von Gerätedaten (Parameter und Attribute)
  • • Zugriff auf den Gerätestatus
  • • Auswertung der Gerätediagnose

Ausgangspunkt für die Spezifikation sind die jeweiligen Modelle. Für FDT zeigt Bild 2 die Informationen, die von einem DTM zur Verfügung gestellt werden. Neben Informationen zum DTM und dem Gerät, gibt es auch Beschreibungen zu den Geräte- und den Prozessdaten. Über ‚Function Info‘ erfährt man vom DTM, welche Funktionen für das Gerät angeboten werden (z.B. für Konfiguration, Diagnose oder Wartung). Des Weiteren kann es auch Verweise auf die Gerätedokumentation geben (z.B. Handbücher, Zertifikate oder Gerätebeschreibungen). Als Ausgangspunkt für das OPC-UA-Informationsmodell dient die Spezifikation ‚OPC UA for Devices‘. Sie ist eine zusätzliche Spezifikation, die auf den Basisspezifikationen von OPC UA aufsetzt (z.B. Erweiterung von Basisobjekten). Sie definiert das Gerätemodell, die Beschreibung des Gerätekommunikationsmodells und das Modell für die Geräteintegration in einem Host. Das Gerätemodell beschreibt die Objekte für ein Gerät. Hierzu gehören Geräteparameter, aufrufbare Methoden, Informationen zur Geräte-identifikation, unterstützte Kommunikationsprotokolle und einiges mehr. Das Gerätekommunikationsmodell spezifiziert zusätzlich die Objekte, die notwendig sind, um eine Kommunikationstopologie zu beschreiben. Das sind die Objekte Netzwerk (Protokolltyp) und Verbindungspunkt (zwischen Geräteanschluss und Netzwerk, Netzwerkadresse). Das Modell für die Host-Integration beschreibt die Komponenten, auf die in einem Server (Host) zugegriffen werden kann. Der Host hat Zugang zum Automatisierungssystem über eine wie auch immer geartete Kommunikation. Ein FDT-System ist ein Beispiel für einen solchen Host. Dieser Teil vervollständigt die Topologiebeschreibung und erlaubt die Unterscheidung von Offline- und Online-Daten von Geräten. Die Arbeitsgruppe hat nach der Identifikation der entsprechenden Objekte in den verschiedenen Modellen die Abbildung der FDT-Informationen auf die OPC-UA-Objekte erarbeitet. An einigen Stellen wurde das Gerätemodell von OPC UA erweitert, um bestimmte FDT-Informationen zu berücksichtigen. Nach der Erstellung einer ersten Spezifikation erfolgte nun ein Prototyping zur Überprüfung der bis dato definierten Abbildungen. Im ersten Schritt wurden unter Verwendung eines UA-Modellierungs-Tools die Datentypen spezifiziert und getestet. Im zweiten Schritt führte man eine Implementierung des OPC-UA-Servers mit FDT-Integration durch. Für den Test erstellte man auch einen Client. Bild 3 zeigt die Architektur des Systems. Der OPC-UA-Server ist Teil der FDT-Applikation. Das Informationsmodell für den OPC-UA-Server wird automatisch aus den Daten der FDT-Applikation generiert. Man kann dann mit einem beliebigen OPC UA Client auf den Server mittels einer sicheren Verbindung zugreifen. Der Client kann entweder in ein anderes System integriert sein oder auf einem Mobilgerät laufen, je nach Anwendungszweck. Auf der letzten SPS IPC Drives wurde der Prototyp einer breiteren Öffentlichkeit vorgeführt.

Zusammenfassung und Ausblick

Mit den Möglichkeiten von FDT, das Gerätemanagement für die unterschiedlichsten Feldbusse und Netzwerke durchzuführen und den Zugriff auf die Geräte durch die ’nested communication‘ über Bushierarchien hinweg zu erlauben, bildet diese Technologie eine ideale Brücke zu Systemen, die Daten von diesen Geräten benötigen. Durch die Definition einer Schnittstelle, die auf Standard-OPC-UA basiert, ist die Tür in Richtung Industrie 4.0 geöffnet. Die nächsten Schritte liegen in der Betrachtung weiterer Anwendungsfälle und der Analyse der Auswertungsmöglichkeiten von Geräteinformationen. Für die einfachere Integration von OPC-UA-Servern in ein FDT-System ist es möglich, die Frame Common Component (Standardkomponente für FDT-Applikationen) entsprechend zu erweitern und dadurch den Implementierungsaufwand für die Frame-Hersteller entsprechend zu reduzieren. Blickt man noch etwas weiter in die Zukunft mit der Erwartung, dass auch alle Feldgeräte über einen Ethernet-Anschluss verfügen und einen OPC-UA-Server integrieren, könnte auch hier FDT eine wichtige Rolle spielen. Man könnte dann einen FDT-Annex spezifizieren, der es u.a. erlaubt Feldgeräte basierend auf OPC UA zu konfigurieren. Der Beitrag im nächsten Heft gibt einen Ausblick auf weitere Themen, die in Zukunft für die FDT-Technologie eine Rolle spielen werden.

FDT Group
www.fdtgroup.org

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