Horizontale M2M- und vertikale Kommunikation

Bezüglich der horizontalen Kommunikation zwischen verschiedenen Steuerungen und der vertikalen zu übergeordneten Ebenen setzt PI auf OPC UA. Die Objektorientierung, das einfache Browsen sowie integrierte Security-Mechanismen bei OPC UA ermöglichen den Anwendern die Anforderungen in dieser Ebene einfacher umzusetzen. Das funktioniert sowohl bereits in den meisten Fällen schon auf Basis des seit Jahren verfügbaren TCP/IP-Protokolls, das koexistent in Profinet-Netzen betrieben werden kann, als auch durch den Einsatz neuer Mechanismen wie Pub/Sub und TSN.

Die Übergänge von Profinet zu OPC UA erfordern eine Standardisierung der Datenformate. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt im Rahmen der Kooperation von PI mit der OPC Foundation mit dem Ziel der Erarbeitung einer OPC UA Profinet Companion Specification. In dieser wird ein OPC UA Information Model zur Darstellung des standardisierten Objektmodells (Object Dictionary) von Profinet definiert (Bild 3).

Dieses OPC-UA-Information-Modell soll es OPC-UA-Diensten ermöglichen, herstellerunabhängig auf die Objekte von Profinet-Geräten zuzugreifen. Der Zugriff kann über einen OPC-UA-Server erfolgen, der direkt in das Profinet-Gerät integriert ist, oder über einen OPC-UA-Server, der Objektwörterbücher mehrerer Profinet-Geräte zusammenfasst. Dies ermöglicht die Implementierung einer horizontalen Kommunikation zwischen Profinet-Geräten und OPC-UA-Geräten auf der Feldebene sowie die verti­kale Kommunikation, die von Geräten in der Prozess- oder Unternehmensebene initiiert wird. Im ersten Schritt wurden die Themen Asset Management und Diagnose bearbeitet.

Bisher ist die fehlersichere Kommunikation über einen Feldbus oder Industrial Ethernet auf reine Master-Slave- bzw. Controller-Device-Architekturen begrenzt. Da sich PI für Verbindungen zwischen Steuerungen in Profinet-Netzen für OPC UA entschieden hat, bot es sich an, die Mechanismen von Profisafe auch auf OPC UA auszuweiten. Hierzu haben die OPC Foundation und PI im Rahmen einer Kooperation gemeinsam einen „Profisafe over OPC UA“-Standard für die Anwendung einer fehlersicheren Controller-Controller-Kommunikation erstellt.

Standardisierte Klassifizierung von Parametern

Die Realisierung einer digitalen Fabrik benötigt als Basis ein hohes Maß an firmen- und branchenübergreifend verfügbarer maschinell verarbeitbarer, standardisierter Informationen. PI ist bereits auf dem Weg, dafür die notwendige Basis zu schaffen. Im ersten Schritt erfolgte dies durch die Bereitstellung von Geräte-Know-How, z. B. in Form von Parametern in Geräteprofilen, und durch Festlegungen auf der Applikationsschicht, wie für ein Asset Management Record. Damit diese aber als Basis für einen maschinenverarbeitbaren Datenfluss über die verschiedenen Systeme hinweg vom Sensor bis zur Cloud genutzt werden können, müssen die heute bereits vorhandenen Daten mithilfe von semantischen Standards in eindeutig nutz­bare Informationen gewandelt werden. Hierbei werden in Kooperation mit “eCl@ss” e. V. die in den Spezifikationsdokumenten von PI definierten Parameter um Semantik-Identifier erweitert. Im ersten Schritt ermittelt die hierfür gegründete Joint Working Group die relevanten Parameter des PA Profils 4.0, um ihnen anschließend Semantik-Identifier zuzuordnen. Das Ergebnis wird in einer Mapping Table festgehalten, die beide Organisationen nutzen können. Von Seiten der “eCl@ss” e. V. werden die in der Kooperation bearbeiteten Geräte-Para­meter als Properties in das Produktbeschreibungssystem “eCl@ss” aufgenommen und die benötigten Semantik-Identifier zur Verfügung gestellt.

Literatur:
[1] Profibus & Profinet International, Karlsruhe: www.profibus.com
[2] IEEE, New York/New York: www.ieee.org
[3] ODVA, Ann Arbor/Michigan: www.odva.org
[4] Fieldcomm Group, Austin/Texas: www.fieldcommgroup.org