OPC UA: Vijf letters voor meer transparantie
Via de standaard OPC UA kunnen machine- en apparaatgegevens efficiënt worden geanalyseerd. Installatie-exploitanten profiteren met OPC UA-gecertificeerde sensoren van Leuze van nieuwe mogelijkheden.
De piramide wordt transparant
Industrie 4.0, IIoT of onderlinge communicatie tussen machines – machines, installaties en producten kunnen alleen in een netwerk worden opgenomen via geschikte standaards. Experts noemen deze samenhang vaak de automatiseringspiramide. Afhankelijk van de definitie gaat het van het onderste niveau, het apparaatniveau, via veld-, besturings- en procesniveau naar de punt van de piramide, het managementniveau. De standaards voor de gegevensuitwisseling tussen de niveaus onderscheiden zich door hun mogelijkheden. Machines en apparaten kunnen op veldniveau en op het besturingsniveau gegevens uitwisselen via de toepasselijke protocollen, zoals IO-Link, Profinet, Ethernet/IP, EtherCAT of Ethernet-TCP/IP. Maar de directe route naar het hogere niveau van de automatiseringspiramide blijft daarbij nog geblokkeerd. Want een veldbus werkt niet in de cloud en protocollen als MQTT kunnen niet communiceren met het veldniveau. Deze kloof wordt overbrugd door het framework OPC UA (UA = unified architecture). Met Leuze sensoren, die OPC UA gecertificeerd zijn, profiteren installatie-exploitanten van meer mogelijkheden.
De standaard OPC UA verbindt de niveaus van de automatiseringspiramide.
Van het veld tot in de cloud
Tot op heden was er geen universeel protocol, waarmee alle machines, apparaten en servers op alle niveaus met elkaar kunnen communiceren. De reden: protocollen moeten op hun betreffende niveau aan zeer specifieke eisen voldoen. Alles afdekken in één protocol, is niet mogelijk. Desondanks leveren machines en apparaten veel waardevolle gegevens. De niveaus die deze gegevens kunnen analyseren, hebben echter vaak niet de mogelijkheid deze op te roepen en te interpreteren. Hier zorgt OPC UA voor een verbinding. Hierbij gaat met niet om een protocol, maar om een framework, een verzameling technologische bouwstenen. Het principe hierachter: OPC UA definieert via een informatiemodel welke gegevens worden verstuurd. De standaard regelt toegangsrechten op communicatieniveau en legt het protocol voor de gegevensuitwisseling vast. Zo worden tot voor kort gescheiden niveaus van de automatiseringspiramide transparant en ontstaat een open netwerkopbouw. Als vrij programmeerbare open source werkt OPC UA hierbij onafhankelijk van fabrikant en softwareplatform.
Sneller geïnstalleerd
Om te zorgen dat gegevens tussen alle niveaus van de automatiseringspiramide kunnen worden uitgewisseld, moeten ze systematisch worden bewerkt en ter beschikking worden gesteld. Want ook als communicatiestandaards zijn vastgelegd, geldt: als een apparaat een getallenreeks verzendt, heeft de ontvanger metadata nodig. Alleen dan kan deze getallenreeks correct worden geïnterpreteerd, bijvoorbeeld als maateenheid. Hier speelt het informatiemodel van de OPC Foundation een rol. Het beschrijft de verbonden apparaten als een netwerk van verschillende objecten. Hierbij worden in eerste instantie de relaties tussen de knooppunten geregeld. Op een tweede niveau zijn standaardattributen gedefinieerd – dit zijn minimumeisen, zodat een apparaat in het netwerk kan worden herkend. Hiernaast kunnen speciale attributen worden gedefinieerd, zoals vaardigheden en acties van machines. Zo ontstaat een automatisch leesbare structuur. Gegevens worden hiermee lees- en interpreteerbaar voor andere OPC UA gecertificeerde apparaten. Praktisch: om ervoor te zorgen dat niet elke fabrikant voor elk apparaat de specificaties volledig opnieuw hoeft op te bouwen, zijn branchestandaards beschikbaar. Deze Companion-specificaties beschrijven, hoe bijv. 1D-barcodelezer worden gedefinieerd en welke waarden en gebeurtenissen ze kunnen leveren. De OPC Foundation stelt deze als download ter beschikking als PDF en als XML-bestand. De specificaties kunnen zo door machines worden gelezen en hoeven niet meer handmatig te worden ingevoerd.
De volgende soorten gegevens moeten worden vastgelegd in het datamodel van een apparaat:
- Gegevens voor identificatie van het apparaat in het netwerk
- Procesgegevens en gebeurtenissen (bijvoorbeeld leesresultaat van een scanner, start/stop-commando)
- Kwaliteitsgegevens (bijvoorbeeld succesvolle en mislukte leespogingen van een scanner)
Bij de installatie biedt OPC UA aanzienlijke voordelen. Een voorbeeld: als de Leuze barcodelezer BCL 348i zich binnen het netwerk identificeert als 1D-barcodelezer en het besturingsniveau dit signaal begrijpt, dan worden de apparaatkenmerken automatisch herkend (AutoID). Hierdoor is een bijzonder snelle integratie in het systeem mogelijk. Het installatie-onderhoud wordt ook vereenvoudigd, omdat bijv. alarmen, evenals fout- en statusmeldingen van individuele apparaten, centraal worden geregistreerd en eenduidig kunnen worden geanalyseerd.
De 1D-codelezer BCL 348i van Leuze is OPC UA gecertificeerd. Hierdoor is deze compatibel met de technologische eisen van OPC UA en kan deze gegevens verzenden naar het managementniveau.
Veilig in het netwerk
OPC UA draagt bovendien bij aan een hogere IT-beveiliging. Een eis die in tijden van IIoT steeds belangrijker wordt – de machinegegevens moeten voor het industriële internet van dingen (IIoT) via de cloud worden verwerkt. Hierbij helpt het installatie-exploitanten, dat in de OPC UA standaard al een end-to-end-versleuteling is geïntegreerd. Dit beschermt bedrijfsgegevens effectief tegen aanvallen van buitenaf. Bovendien kunnen hiermee ook intern rechten worden toegewezen. Door vast te leggen wie toegang heeft tot de gegevens en deze mag lezen, analyseren of wijzigen, worden de risico's, zoals stilstand door aanvallen of door bedieningsfouten geminimaliseerd.
Installaties zijn eenvoudiger te bewaken
Een van de sterke punten van de standaard is de mogelijkheid om de installatie-efficiëntie door gegevensanalyse duidelijk te verhogen. Machines en installaties laten zich via OPC UA eenvoudig bewaken en processen worden geoptimaliseerd. Een praktijkvoorbeeld laat zien hoe dit werkt: In een magazijn voor kleine onderdelen lopen dozen over een transporttraject voor het transporteren van goederen naar de orderpick-plaatsen en de verzendafdeling. De dozen zijn voorzien van een barcode-label. Op het transporttraject geïnstalleerde 1D-codelezers BCL 348i van Leuze leveren de gegevens, waarmee de dozen over het transporttraject worden getransporteerd. Gedurende het bedrijf kan na verloop van tijd de optiek van de scanners vervuilen, zodat de etiketten van de dozen niet meer nauwkeurig kunnen worden geregistreerd. Anderzijds worden ook de etiketten nadelig beïnvloed door het bedrijf en kunnen ze door beschadiging of vervuiling onleesbaar worden. Hoe kan de operator de fout vinden?
Snel naar de relevante gegevens
Zoals gebruikelijk – dus zonder OPC UA – kunnen de sensoren via een diagnosecomputer worden aangestuurd. Omdat ze waarden opslaan, zoals het aandeel mislukte leespogingen, zijn vervuilde of anderszins niet optimaal werkende scanners identificeerbaar. Nadeel hierbij: de installatie-exploitant moet elk apparaat individueel aansturen en uitlezen. Dit is een tijdrovende bezigheid, vooral het identificeren van gebrekkige etiketten. In dit geval moeten de medewerkers elke scanner individueel uitlezen en de gegevens handmatig correct toewijzen. Dit gaat aanzienlijk efficiënter met OPC UA en met de hiervoor geschikte sensortechniek. De 1D-codelezers BCL 348i van Leuze zijn OPC UA gecertificeerd en de gegevens van de scanner kunnen hierdoor worden overgedragen naar het managementniveau. Via een eenvoudige applicatie kunnen deze daarna centraal worden geanalyseerd en bijvoorbeeld op een dashboard worden gevisualiseerd. Dit toont in realtime, wanneer een scanner opvallend veel mislukte pogingen heeft. Nog een pluspunt: omdat de inbouwlocatie hiervan ook wordt doorgegeven, kan de serviceafdeling gericht in actie komen. En als blijkt dat alle scanners een bepaald etiket slecht kunnen registreren, kan dit ook gericht worden vervangen. Al met al levert dit een duidelijke efficiëntiewinst bij het onderhoud en een eenvoudige mogelijkheid voor het verhogen van de installatiebeschikbaarheid.
Zonder OPC UA kunnen gebrekkige etiketten of niet optimaal werkende scanners alleen met een aanzienlijke tijdsinspanning worden gevonden.
Vertrouwen op gecertificeerde sensortechniek
OPC UA heeft zich binnen zeer korte tijd wereldwijd gevestigd als centraal framework voor datatransmissie van veldniveau tot in de cloud. De niveaus van de tot op heden strikt hiërarchisch geordende automatiseringssystemen worden zo transparant. Dit draagt onder andere bij aan een efficiënte analyse van machine- en apparaatgegevens. De voordelen van de standaard voor installatie – optimalisatie van het lopend bedrijf en service – kunnen echter alleen worden benut met geschikte sensortechniek. Het verdient aanbeveling om te vertrouwen op sensorexperts die OPC UA gecertificeerde producten in het portfolio hebben en tevens beschikken over de betreffende knowhow. De Sensor People van Leuze zijn hiervoor altijd beschikbaar als aanspreekpartner. Met innovatieve OPC UA gecertificeerde Leuze sensortechniek, zoals de 2D-codelezer DCR 248i en de 1D-codelezer BCL 348i, brengen exploitanten hun installaties op een volledig nieuw efficiëntieniveau.
Ook voor 2D-barcodes zijn er OPC UA gecertificeerde scanners, zoals de DCR 248i. Leuze rust steeds meer productlijnen uit met OPC UA, voor een efficiënt gebruik van IIoT en Industrie 4.0.