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Mit miOPC in ein neues Zeitalter der vernetzten Wägetechnik über OPC UA

Wirtschaftlichere und flexiblere Prozesse sind das Hauptziel von Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things (IIOT). OPC UA schafft dafür die notwendigen Voraussetzungen und bietet eine gemeinsame Sprachbasis für alle Anlagen und Systeme. An der Definition der OPC UA Companion Specification for Weighing Technology war der globale Hersteller industrieller Wäge- und Inspektionstechnologien Minebea Intec maßgeblich beteiligt und ebnet mit seiner Software miOPC den Weg zur Digitalisierung der Wägetechnik.

Die umfassende Digitalisierung von Prozessen in der industriellen Produktion zählt seit einigen Jahren zu den wesentlichen Zielen in praktisch allen Industriezweigen. Mit Konzepten wie Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things (IIOT) sollen die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu stärken und sie somit besser für die Zukunft zu rüsten.

Vom Sensor bis zum Produktionsleitsystem müssen dazu alle Komponenten, Systeme und Anlagen eine einheitliche Sprache sprechen. Die 1996 gegründete OPC Foundation hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Grundlagen für diese durchgängige Kommunikation zu schaffen, und hat dazu in den vergangenen 20 Jahren umfangreiche Spezifikationen und Standards definiert. Die aktuelle Generation namens OPC Unified Architecture (OPC UA) ist seit einigen Jahren der wichtigste Standard für den plattformunabhängigen Datenaustausch und in der Industrie bereits weit verbreitet.

Sogenannte OPC UA Companion Specifications beschreiben die Vielfalt der technischen Systeme in der Industrie und definieren deren spezielle Anforderungen, die sich beispielsweise bei den Themen Sensorik, Steuerungstechnik oder Robotik erheblich unterscheiden und in einem einzigen übergeordneten Standard nicht ausreichend abgedeckt werden können. Für die Wägetechnik haben nun vor kurzem zwölf der weltweit führenden Hersteller aus diesem Bereich mit Unterstützung des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) und des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart eine eigene OPC UA Companion Specification definiert. Minebea Intec als einer der weltweit führenden Hersteller industrieller Wäge- und Inspektionstechnologien war an der Erarbeitung der OPC UA Companion Specification for Weighing Technology (VDMA-Standard 40200: 2020-06) maßgeblich beteiligt.

OPC UA-spezifizierte Wägetechnologie

Wie umfangreich und anspruchsvoll die Definition dieser OPC UA Companion Specification war, verdeutlicht Janine Nickel, Product Manager Weighing Electronics bei Minebea Intec: „Wägeprozesse sind von der Anlieferung und der Zwischenlagerung der Rohmaterialien über die eigentliche Produktion der Güter bis hin zur Verpackung und Auslieferung der fertigen Produkte ein integraler Bestandteil vieler Produktionsschritte. Unabhängig vom jeweiligen Industriezweig kommen dabei in der Regel zahlreiche Waagen und Wägesysteme zum Einsatz, die automatisiert oder manuell sein können, sehr unterschiedliche Gewichtsklassen erfassen und dabei definierte Genauigkeiten erfüllen müssen.“ Von der einfachen industriellen Standardwaage über Fahrzeug-, Silo-, Labor- und Einzelwaagen bis hin zu kontinuierlich messenden dynamischen Kontrollwaagen sollte die Definition möglichst alle in der Industrie gängigen Wägesysteme abdecken.

Erschwerend kam laut Janine Nickel hinzu, dass jeder Hersteller von Wägesystemen bislang eigene Protokolle erstellt hatte, eigene Datenstrukturen nutzte und sich schon die Definition von Variablen von Hersteller zu Hersteller unterschied. „Für Anwender führte dies in der Vergangenheit zu hohen Kosten und langen Zeiträumen für die Integration von Wägesystemen. Diese unbefriedigende Situation ist mit der Festlegung der OPC UA Companion Specification for Weighing Technology nun zum Glück Geschichte.“

Hersteller-übergreifende Definitionen

In der OPC UA-Spezifikation für die Wägetechnologie wurden alle Details festgelegt, die Anwendern die Integration von Wägesystemen in ihre Prozesse künftig erheblich vereinfachen sollen. So baut die Kommunikation auf einem Client-Server-Modell für OPC UA und dem etablierten Standard Ethernet TCP/IP als Datenschnittstelle auf. Ein wesentlicher Bestandteil der VDMA-Spezifikation 40200: 2020-06 ist zudem die Definition der Daten- und Variablentypen sowie aller Objekte. Diese ist nun Hersteller-übergreifend geregelt, um auch in Anlagen mit Waagen unterschiedlicher Hersteller eine problemlose und fehlerfreie Bereitstellung und Verarbeitung der erfassten Messwerte sicherzustellen.

„Die Hersteller von Wägesystemen müssen nun im nächsten Schritt dafür sorgen, dass den Anwendern ihrer Produkte die Umstellung auf OPC UA-basierte Architekturen möglichst einfach gemacht wird, um die OPC UA Companion Specification for Weighing Technology zeitnah in die Praxis umzusetzen“, betont Janine Nickel. In existierenden Anlagen stehen die Unternehmen hierbei vor der Herausforderung, dass die aktuell eingesetzten Waagen der neuen Spezifikation bislang noch nicht entsprechen, ein kompletter Austausch aller Wägesysteme aus mehreren Gründen jedoch nicht realistisch ist: Zum einen sind Waagen mit integriertem OPC UA-Server und Ethernet TCP/IP-Interface nach den Vorgaben der OPC UA Companion Specification for Weighing Technology derzeit noch gar nicht am Markt verfügbar, da die Hersteller diese neue Produktgeneration erst entwickeln müssen. Zum anderen müssen die Kosten der Umstellungen für Anwender in einem wirtschaftlich sinnvollen Rahmen bleiben, was den kompletten Ersatz bisheriger Waagen durch OPC UA-spezifizierte Wägetechnologie in vielen Fällen als unrealistisch erscheinen lässt.

Die Software miOPC schafft Abhilfe

Als Pionier der OPC UA Companion Specification für die Wägetechnologie hat Minebea Intec eine verfügbare Lösung entwickelt, um vorhandenes Wäge-Equipment mit geringem Aufwand auf den neuen Standard zu heben. miOPC heißt diese Software-Lösung, die als OPC UA-Server entweder auf einem vorhandenen PC im Netzwerk installiert oder über einen einfachen Mini-PC dezentral mit der entsprechenden Waage verbunden wird. Die Anbindung an die Waage kann dabei sowohl über Ethernet TCP/IP oder über die vorhandene serielle RS232-Schnittstelle erfolgen. Intern bestehende Protokolle wie XBPI setzt der OPC UA-Server problemlos um, so dass auch bereits installierte Waagen nachträglich sehr einfach aufgerüstet werden können, um der OPC UA Companion Specification for Weighing Technology zu entsprechen.

miOPC bietet eine hohe Flexibilität in Bezug auf die möglichen Architekturen und ermöglicht Konfigurationen, bei denen zum Beispiel eine oder mehrere Waagen direkt an das vorhandene interne Ethernet TCP/IP-Netzwerk angeschlossen und über OPC UA-Netzwerk-Clients vernetzt werden. Waagen mit serieller RS232-Schnittstelle können über dieses Interface mit einem eigenen OPC UA-Server verbunden und auf diesem Weg in das Firmennetzwerk integriert werden. Selbst die Verbindung verschiedener Standorte über das Internet ist mit miOPC auf einfache Weise möglich, um die Messdaten unterschiedlicher Produktionsanlagen ortsunabhängig zu kommunizieren. Die problemlose Integration der Waagen in die vorhandene IT-Struktur ist auf diese Weise durch miOPC sichergestellt.

Für die einfache Administration der OPC UA-spezifizierten Wägetechnologie hat Minebea Intec eine intuitive Bedienoberfläche entwickelt, die über eine Browser-Applikation jederzeit und an jedem Ort verfügbar ist und keine Installation weiterer Anwendungen erfordert. Über aktuelle Algorithmen zur Verschlüsselung von Daten erfüllt miOPC zudem höchste Ansprüche an die Datensicherheit zwischen Server und Client. Eine weitere Stärke von miOPC besteht in der Unabhängigkeit von Betriebssystemen, da die Programmierung mit .NetCore erfolgt und flexibel auf vielen aktuell verfügbaren Betriebssystemen installiert werden kann.

Praxisnahe Umsetzung

„Derzeit sind bereits einige unserer Produkte für den Einsatz von miOPC geeignet, darunter die Industriewaagen Combics, die Tischwaagen der Signum-Reihe, die Midrics Tisch- und Bodenwaagen und die hochauflösenden Wägeplattformen der Industry Supreme-Familie von Minebea Intec“, beschreibt Janine Nickel von Minebea Intec den aktuellen Status. „Wir legen jedoch eine sehr hohe Priorität auf die Weiterentwicklung von miOPC und werden schon bald Releases vorstellen, die weitere Produkte und Funktionen von Minebea Intec abdecken werden.“ Die Integration eines OPC UA-Servers wird bei künftigen Neuentwicklungen nach Nickels Worten von Anfang an fester Bestandteil des Designs sein. Von den Vorteilen der miOPC-Software können sich Kunden ohne Risiko schon jetzt über eine 30 Tage gültige, kostenlose Demo-Version überzeugen.

„Wir haben uns aufgrund der Anwendervorteile stark bei der Definition der OPC UA Companion Specification for Weighing Technology engagiert und die festgelegten Vorgaben mit miOPC sehr schnell umgesetzt“, unterstreicht Nickel. „Mit dieser Software ermöglichen wir unseren Kunden eine einfache, intelligente, zuverlässige und wirtschaftliche Lösung für die Integration aller unserer Industriewaagen in moderne IT-Architekturen. Auf dieser Basis ist eine einfache Realisierung von Wägesystemen möglich, die einen betriebssystemübergreifenden Datenaustausch zwischen Waagen und übergeordneten Systemen bis in die ERP- oder MES-Ebene sicherstellen. So schafft Minebea Intec in Bezug auf die Wägetechnologie die Voraussetzungen für einen effektiven Übergang in die nächste Phase von Industrie 4.0.“

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