OPC UA: Flüssige Prozesse, feste Daten – Modernes Reporting in der Getränkeindustrie

Was ist OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)?

OPC UA ist der weltweite Standard für den sicheren, plattformunabhängigen und herstellerübergreifenden Datenaustausch in der Industrie und wurde im Jahr 2006 durch die OPC Foundation (Gründung 1994) veröffentlicht.

Was leistet OPC UA:

• Datenaustausch
  Er verbindet Maschinen, Steuerungen (SPS) und IT-Systeme (wie MES, ERP oder BDE) reibungslos miteinander
• Plattformunabhängigkeit
  Im Gegensatz zum alten OPC Classic läuft OPC UA nicht nur auf Windows, sondern auf jedem Betriebssystem (z. B. Linux, Windows, Android) und auf Geräten jeder Größe
• Semantik
  Es überträgt nicht nur rohe Zahlenwerte, sondern beschreibt die Daten maschinenlesbar mit ihrer Bedeutung (Kontext) mit („Temperatur in Gärtank 3 = 12 °C“)
• Sicherheit
  Es bietet integrierte Mechanismen wie Verschlüsselung (SSL/TLS), Zertifikate und Benutzerauthentifizierung.

Das System basiert auf einem Client-Server-Modell. Ein OPC UA Server stellt Daten bereit (z. B. eine Maschine oder Steuerung), während ein OPC UA Client (z. B. eine Auswertungssoftware oder ein HMI-Bildschirm) diese Daten abfragt oder Befehle sendet.

Kann ich per OPC UA auf eine Siemens S7 und S5 zugreifen?

Bei einer Siemens S7-Steuerung (wie der modernen S7-1500 oder S7-1200) fungiert die SPS meistens als OPC UA Server. Sie stellt Daten aus der Maschine direkt für die Außenwelt bereit.

Das Prinzip einer S7 lautet:

• Die S7 als Datenquelle (Server)
  In der Steuerung laufen alle Live-Daten der Maschine zusammen (z. B. Temperaturen, Stückzahlen oder Motorstatus). Diese Daten liegen in sogenannten Datenbausteinen (DBs). Wenn Sie den integrierten OPC UA Server der S7 aktivieren, macht die SPS diese Daten für andere Systeme sichtbar.
• Der Zugriff von außen (Client)
  Ein externes System (der OPC UA Client) – zum Beispiel ein SCADA-System, ein ERP-System (wie SAP), eine Smartphone-App oder eine BDE-Software verbindet sich über das Firmennetzwerk (Ethernet/Profinet) mit der IP-Adresse der S7.

Bei einer Siemens S5-Steuerung (Simatic S5-Reihe stammt aus den 1980er und 1990er Jahren) ist ein nativer Zugriff nicht möglich. Zu dieser Zeit gab es weder Ethernet als Industriestandard noch moderne Protokolle wie OPC UA. Sie können Daten aus einer S5-Steuerung jedoch über Umwege in ein OPC UA-Netzwerk einbinden, ohne das SPS-Programm ändern zu müssen.

Die Lösung zur Anbindung einer Siemens S5 Steuerung lautet: es muss ein kleiner physischer LAN-Adapter (z. B. ein S5-LAN-Modul) vorhanden sein, welcher auf die serielle PG-Schnittstelle der S5 gesteckt wird, um dann per TCP/IP auf die Daten der S5 zuzugreifen.

Klassischer OPC-Server vs. Einsatz einer Middleware

Klassische OPC-Server liefern zwar hunderte Treiber, geben Daten aber oft so weiter, wie sie aus der SPS kommen, also z.B. mit kryptischen Variablennamen wie „DB10.DBD12“. Es werden die Daten im Live-Zustand übertragen. Oftmals wird dann eine weitere Software zur Berechnung von Kennzahlen benötigt. Zusätzlich werden diese tief in der Automatisierungswelt verwendet, beinhalten aber keine moderne Websprache und ist oft an die Windows Welt gebunden.

Im Gegensatz dazu, ist es besser, eine OPC-Software als Middleware einzusetzen, die

1. keine reine Treiber Software ist, sondern eine vollwertige 4.0-Middleware,
2. einen flexiblen Variablenbaum (Node-Graph) nach OPC UA-Standard ermöglicht, um Daten aus den unterschiedlichen Abteilungen unabhängig vom Maschinenhersteller zu normieren. Eine Temperatur heißt überall gleich, egal welche SPS darunter liegt. Die Daten der S5 und der S7 müssen in einer gemeinsamen, strukturierten Variablen-Hierarchie zusammengeführt werden,
3. Programmänderungen nicht nötig machen. Es müssen weder das Projekt der S7 angefasst noch das uralte STEP-5-Programm der S5 verändern werden. Die Daten werden rein lesend/schreibend über die Kommunikationswege abgegriffen,
4. über eine Scripting Sprache (JavaScript) verfügt, um Daten direkt zu verarbeiten, zu filtern oder zu verdichten. Ereignisorientiert können somit Kennzahlen berechnet werden und per REST-API weitergesendet werden,
5. über eine integrierte Datenbank verfügt.

Welche Vorteile ergeben sich, wenn OPC-UA in einer BDE-Software integriert ist?

Die Integration einer OPC UA Middleware und einer BDE-Software (z.B. TransGraph von VETTE-EDV) automatisiert die Datenerfassung von der Produktion bis zur Qualitätssicherung und bietet Betrieben eine lückenlose Chargenrückverfolgung. Die Symbiose ermöglicht ereignisgesteuerte Probensteuerungen, präzise Materialwirtschaft und OEE-Analysen (Gesamtanlageneffektivität) in Echtzeit, wodurch manuelle Prozesse und Fehler eliminiert werden.

Es werden nicht nur nackte Daten (z.B. „12“) übertragen, sondern OPC UA liefert den Kontext. VETTE-EDV setzt die Middleware „Codabix“ der Firma „Traeger GmbH Industry Components“ ein.

Wie ist das Zusammenspiel der beiden Produkte TransGraph und Codabix?

• Der Trigger
  Das Skript kann in Codabix entweder zyklisch (z. B. alle 10 Sekunden) oder ereignisgesteuert (z. B. wenn sich der Wert ändert oder wenn der Tank „voll“ meldet) ausgeführt werden. TransGraph fragt nicht ständig die Werte ab, sondern Codabix sendet die Daten an TransGraph, so wie das JavaScript Objekt programmiert wurde.
  
  Ohne Codabix müsste TransGraph alle einzelnen Werte selbst über einen OPC-Server als OPC-Client einlesen, untereinander vergleichen und eventuell speichern. Ein gutes Beispiel wäre die 5-minütige CO2-Messwerterfassung während einer laufenden Filtration. Daten werden nicht mehr gesendet, wenn die Filtration beenden wird.
• Die Flexibilität
  Wenn sich die Adresse in der Siemens-SPS einmal ändert, muss im TransGraph nichts umgestellt werden. Es wird nur die Pfad-Variable im JavaScript-Code von Codabix angepasst.
• Die REST-Schnittstelle
  Das im Skript erstellte JSON-Objekt wird über standardisierte Web-Technologien (REST API) direkt an die TransGraph Datenbank übergeben.

Fazit

Die Evolution der industriellen Datenintegration

Die moderne industrielle Fertigung verlangt nach einer nahtlosen Verschmelzung von operativer Feldebene (OT) und übergeordneter IT-Infrastruktur. Der Blick auf die technologische Entwicklung zeigt, dass der Weg dorthin von starren, proprietären Systemen hin zu offenen, hochflexiblen Architekturen führte.

Der technologische Generationenwechsel

Während die klassische OPC-Struktur (OPC DA) – wie sie über Jahrzehnte bei Steuerungen wie der Siemens S7-300 oder S5 im Einsatz war – stets an die Microsoft-Windows-Welt (COM/DCOM) gebunden war und fehleranfällige, hardwarenahe Zwischenserver (z. B. Siemens SIMATIC NET) benötigte, hat OPC UA diesen Prozess revolutioniert. Moderne Steuerungen wie die Siemens S7-1500 agieren heute als eigenständige, plattformunabhängige OPC UA Server. Sie liefern Daten nicht mehr als nackte, kryptische Speicheradressen, sondern als semantische Datenobjekte inklusive Zeitstempel, Status und physikalischer Einheit direkt aus dem Prozessor.

Die Rolle von Codabix als strategische Middleware

In der Realität bestehen Fabriken jedoch selten aus nur einer Steuerungsgeneration. Hier schließt die Middleware Codabix (Traeger) eine kritische Lücke. Sie fungiert als zentraler, technologischer Übersetzer (Gateway) in heterogenen Maschinenparks:

• Brücke zwischen den Generationen: Über dedizierte Plugins und physische LAN-Adapter integriert Codabix Altsysteme und moderne Anlagen (Siemens S7 via symbolischem OPC UA) parallel in einen einzigen, konsistenten Datenbaum.
• Entkopplung und Flexibilität: Durch die integrierte V8-JavaScript-Engine in Codabix wird die Datenverarbeitung extrem flexibel. Adressänderungen auf der SPS-Ebene erfordern keine Anpassung der übergeordneten Software, sondern werden agil in der Middleware abgefangen. Daten können vorverarbeitet, gefiltert und zyklisch oder ereignisgesteuert (z. B. bei Erreichen eines Schwellenwerts wie “Tank voll”) bereitgestellt werden.

Die BDE-Software TransGraph von VETTE-EDV nutzt die Middleware Codabix (Traeger), um Steuerungsdaten nahtlos in die IT-Welt zu integrieren:

• Automatisierte Berichte
  Abteilungsbezogene Produktionsberichte werden automatisch generiert und mit Live-Steuerungsdaten befüllt. Eine zusätzlich Grenzwertprüfung prüft die Daten und stellt diese farblich dar.
• Flexible REST-Schnittstelle:
  Die Datenübertragung ist dank JavaScript-Unterstützung in Codabix maximal anpassungsfähig.
• Prozess- & Umwelt-Logging
  Zum Beispiel könnten CO2-Werte zyklisch aufgezeichnet und in den Berichten grafisch visualisiert werden.
• ERP- & MES-Anbindung
  exakte Rohstoffverbräuche fließen über TransGraph direkt in die ERP-Software. Bei integriertem MES werden alle Fertigungsschritte auf Prozessebene im TransGraph verknüpft.
• Smarte Ereignissteuerung
  Prozessrelevante Events – wie die automatische Aufforderung zur Probenahme bei vollem Tank – werden direkt aus der Steuerung über Codabix initiiert.

Auf dieser Grundlage lassen sich Systeme schrittweise miteinander verbinden, Daten gezielt bereitstellen und Lösungen entwickeln, die langfristig wartbar und erweiterbar bleiben.