Mit der Einigung auf einem Standard mit OPC UA über MQTT w ird ein Schreckensszenario unterschiedlicher MQTT-Mappings abgewendet.

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Einigung auf einen Standard Führende IoT-Anbieter unterstützen die Einführung von OPC UA

04.04.2022

Es ist Realität geworden: Auf Basis von OPC UA über MQTT gibt es eine akzeptierte OT-zu-IT-Verbindung, die von allen großen Anbietern wie AWS, Google Cloud, IBM, Microsoft, SAP und Siemens unterstützt wird. Bei diesem sicheren, standardisierten Informationsaustausch in Edge-to-Cloud-Anwendungen auf Basis von OPC UA läuft bereits aktiv das erste Plugfest. Damit wird ein Schreckensszenario unterschiedlicher MQTT-Mappings abgewendet.

Nach der Fokussierung auf die Kommunikation auf Feldebene setzt die OPC Foundation eine Reihe von Aktivitäten im Bereich der Cloud fort, um eine einzige harmonisierte Lösung für die Prozess- und Fabrikautomation anzubieten, die vom Feld bis in die Cloud skaliert. Viele Menschen positionieren OPC UA nur für die Kommunikation „der letzten Meile“ zum Gerät in Feld- und Edge-Ebene und gehen intuitiv von MQTT für die Edge- bis Cloud-Konnektivität aus.

Auch die OPC Foundation favorisiert MQTT als Transportprotokoll in die Cloud – aber als unterlagerte Infrastruktur für „OPC UA over MQTT“ für den Transport standardisierter Informationen. Der Grund ist folgender: MQTT ist ein payload-agnostic-Protokoll, was bedeutet: es gibt keine internationale Norm und Definition der Nachrichten-Nutzlast und ist damit quasi wie „damals“ bei Modbus: Sicherlich sehr einfach – aber eben ohne eine inhaltliche standardisierte Beschreibung der Daten und das ist im Zeitalter der Digitalisierung nicht mehr Stand der Technik.

Das „Schreckensszenario“: Diverse Hersteller von Steuerungen haben bereits ein eigenes Hersteller-spezifisches Mapping auf MQTT definiert und leider tun das auch weitere andere Konsortien – es wird am Ende einen Zoo von MQTT-Zuordnungen geben! Mit einer einfachen „USB-für-Maschinen“ Schnittstelle als Plug&Produce-Lösung hat das allerdings nichts mehr zu tun. Stattdessen plädiert die OPC Foundation zur Einigung auf ein Mapping: OPC UA ist der IEC 62541 Standard – die OPC Foundation hat im Februar 2018 OPC UA PubSub (über UDP und MQTT) veröffentlicht.

Es gibt weltweit keine andere große, anerkannte, offene und neutrale Organisation wie die OPC Foundation, die dieses Thema auf friedliche Weise angeht. Dieses einheitliche Signal von IT-Unternehmen zur Unterstützung von OPC UA (over MQTT) hat es noch nie in der Geschichte der Automatisierung gegeben und wird eine weitere massive Übernahme durch OT-Unternehmen auslösen.

Die Hauptgründe für diese Entwicklung sind in erster Linie die weltweite Akzeptanz von OPC UA als offener Standard der Wahl für die sichere Interoperabilität von Produktionssystemen über OT- und IT-Netzwerke hinweg, die einen standardisierten Datenaustausch nutzen. So gibt es über 860 registrierte OPC Foundation Mitglieder, die ein großes, schnell wachsendes Ökosystem von Endanwendern, Standardisierungsgremien und Anbietern unterstützen.

Zweitens verwendet OPC UA eine standardisierte Methode zur Definition, Erkennung und Nutzung von Informationsmodellen (IMs) und Diensten, die mit den Produktionssystemen verbunden sind. Dieser standardisierte Ansatz für den semantischen Informationsaustausch verhindert die Bindung an einen bestimmten Anbieter und die kostspielige kundenspezifische Programmierung, die für die Aufnahme von nicht standardisierten IMs in der Cloud erforderlich ist. Mit der Einführung der UA Cloud Library sind OPC UA IMs global für alle Cloud-Anwendungen verfügbar, so dass es für Cloud-Anwendungen einfach ist, OPC UA-basierte semantische Informationen sowie Live-Daten aus dem Edge-Bereich direkt zu nutzen.

Transportunabhängiger IEC-Standard

OPC UA unterstützt als transportunabhängiger IEC-Standard zwei verschiedene Kommunikationsmuster: Client/Server (z.B. über TCP oder WebSockets) sowie Publish/Subscribe (zum Beispiel über UDP oder MQTT), um den unterschiedlichen Anforderungen der Industrie gerecht zu werden – von Produktionssystemen bis hin zu Edge- und Cloud-Szenarien: Während im Umfeld von transaktionalem Verhalten à la SCADA/MES + Automatisierung das OPC UA Client/Server basierte Muster besser nutzbar ist – so ist das eher Cloud orientierte „Analytics-lastige“ Einsatzszenario mit OPC UA PubSub over MQTT leichter: Daten werden einmal versendet und sind damit „vergessen“ – Handshakes für weitere Aktionen sind nicht notwendig.

Plugfest als Qualitätssicherung

Das Programm zur Qualitätssicherung der OPC Foundation deckt die OPC UA Publish/Subscribe-Kommunikationsmuster bereits ab und bildet den ersten herstellerübergreifenden Multi-Cloud-Standard Test: Interoperabilitäts-Workshops mit führenden SPS-Anbietern wie Beckhoff und Siemens, die OPC UA-Daten von der Steuerung über MQTT senden, haben bereits begonnen.

Endanwender profitieren

Die Endanwender profitieren von den Zusagen der großen IoT-Anbieter, die OPC UA als Standard für die IoT-Kommunikation unterstützen, und begrüßen diese sehr. Das Kriterium für die Aufnahme in die Liste der Unterstützer ist, dass die Unternehmen OPC UA over MQTT entweder bereits in ihren Produkten anbieten oder dass diese Umsetzung auf ihrer Entwicklungs-Roadmap steht.

Hier Aussagen von initial unterstützenden IT/OT Unternehmen:

  • Sanat Joshi, Managing Director, Manufacturing Industry Solutions, Amazon Web Services: „AWS kennt die Komplexität der industriellen Datenkonnektivität und die Herausforderungen, mit denen Hersteller und Industriekunden bei der Implementierung von IIoT und Industrie 4.0-Anwendungen konfrontiert sind. Aus diesem Grund bietet AWS ein Portfolio von Diensten an, die die Cloud-Funktionalität auf den industriellen Betrieb ausdehnen, um industrielle Edge-Funktionen bereitzustellen. Mit AWS IoT Greengrass und SiteWise Connector können Hersteller OPC UA-basierte Daten sicher in AWS mit offenem Datenzugriff für Echtzeit-Visualisierung, Analysen und maschinelles Lernen aufnehmen, um betriebliche Effizienz, Innovation, Skalierbarkeit und Agilität zu fördern.“

  • Sven Goldstein, Product Manager Connectivity, Beckhoff: „Beckhoff ist der erste Automatisierungsanbieter, der OPC UA Pub/Sub sowohl über UDP als auch über MQTT unterstützt. Die Anforderung, industrielle Anlagen in einem gesicherten und standardisierten Format mit der Cloud zu verbinden, ist von größter Bedeutung und ein aufkommendes Thema in allen Industriezweigen. Mit seiner PC-basierten Steuerungsarchitektur kann Beckhoff neue Kommunikationstechnologien einfach adaptieren, damit Maschinenbauer ihre Anlagen direkt mit der Cloud verbinden können.“

  • Melanie Ruhe, Head of Global Product Management MindSphere: „Siemens Mindsphere setzt voll und ganz auf OPC UA mit seinen leistungsstarken Datenmodellierungsfunktionen und umfangreichen Plattformdiensten zur mühelosen Anbindung von Fertigungsanlagen.“

  • Erich Barnstedt, Chief Architect Standards & Consortia, Azure IoT, Microsoft Corporation: „Microsoft war der erste Anbieter, der OPC UA PubSub über MQTT unterstützte, als wir 2016 Microsoft OPC Publisher auf den Markt brachten. Außerdem hat Microsoft von Anfang an mit der OPC Foundation an der OPC UA PubSub-Spezifikation gearbeitet.“

  • Ulas Cubuk, IBM App Connect for Manufacturing Product Manager, IBM: „IBM unterhält eine langjährige Partnerschaft mit der OPC Foundation. Das Engagement der OPC Foundation für die Gewährleistung der Interoperabilität in der Automatisierung war die erste Wahl für diese Partnerschaft. Wir haben unseren Kunden lange dabei geholfen, Strukturen für die Veröffentlichung von OPC UA Nachrichten über MQTT zu entwickeln. Jetzt wollen wir dieses Spiel durch die Anpassung der OPC UA PubSub-Spezifikation noch verstärken.“

  • Claudius Link, Senior Vice President Engineering Manufacturing and Industrial IoT at SAP SE: „SAP begrüßt die Entwicklung von Standards zur Lösung von Problemen in der Kundenrealität – hybride Cloud- und Edge-Computing-Lösungen sind heute die Norm und die Grundlage für viele Kunden, um ihre digitale Transformation zu beschleunigen. Als Mitglied der OPC Foundation setzt sich SAP dafür ein, die Integration von industriellen und geschäftlichen Abläufen zu vereinfachen, basierend auf offenen Kommunikationsmustern, wie sie von der OPC Foundation definiert wurden.“

  • Charlie Sheridan, Global Technical Directory Manufacturing, Automotive & Energy , Google Cloud: „Google Cloud ist der Offenheit und der Zusammenarbeit mit der Industrie verpflichtet. Indem wir zur OPC UA Cloud Library beitragen und diese nutzen, können wir unseren Kunden und Partnern einen "cloudbasierten" Zugang zu OPC UA Informationsmodellen ermöglichen. OPC UA wird unser Weg sein, Maschinendaten in unsere Datenanalyse- und KI-Funktionen einzubinden, um letztendlich das Versprechen von zugänglichen Daten und einfach zu nutzender KI in Fabriken zu erfüllen.“

Weitere Cloud-Aktivitäten

Die OPC Foundation beschränkt sich bei den Cloud-Aktivitäten nicht nur auf OPC UA über MQTT, sondern forciert auch folgende Themen:

  • OPC UA Cloud Library: Zusammen mit CESMII, USA, macht es die gemeinsame Arbeitsgruppe The UA Cloud Library einfacher denn je, OPC UA Informationsmodelle zu finden, zu teilen, zu erforschen und von Anwendungen, Endanwendern und Standardisierungsgremien zu nutzen. Heute enthält die UA Cloud Library bereits über 70 OPC UA Informationsmodelle, die sowohl von einzelnen Unternehmen als auch von internationalen Standardisierungsorganisationen erstellt wurden. Es gibt weltweit keine größere, offenere Bibliothek mit standardisierten Informationsmodellen für die Automatisierung.

  • OPC UA Cloud Federation: Zusammen mit DIN wird die gemeinsame Arbeitsgruppe eine Spezifikation für Industrial Cloud Federation (ICF) entwickeln, die auf OPC UA Technologie basiert und mit dieser realisiert wird. Sie beschreibt die Kommunikation zwischen Endpunkten von Cloud-Diensten und Endpunkten von Geräten, die sich physisch in einer Produktionsumgebung befinden. Die Kommunikation erfolgt über eine oder mehrere adminis­trative Unternehmensgrenzen und Cloud-Systeme hinweg. ICF berücksichtigt sowohl die Kommunikation von Edge-Komponenten zu Cloud-Komponenten als auch die unternehmensübergreifende Kommunikation mit anderen Cloud-Systemen.

Bildergalerie

  • OPC UA wird weltweit als offener Standard der Wahl für die sichere Interoperabilität von Produktionssystemen über OT- und IT-Netzwerke hinweg akzeptiert.

    Bild: OPC Foundation

  • Stefan Hoppe, Präsident der OPC Foundation: „Es ist fantastisch zu sehen, dass OPC UA die einzige harmonisierte Lösung für die Prozess- und Fabrikautomation ist, die vom Feld zur Cloud – und zurück – skaliert. Die Vision der OPC Foundation, OPC UA als den offenen Standard der Wahl für die Dateninteroperabilität in der gesamten Automatisierungswelt zu etablieren, begann und entwickelt sich mit Steuerungen und Visualisierungssystemen und hat nun die IT und die Cloud erreicht – wie im Jahr 2010 als Vision vorhergesagt. Dies wird zu einem weiteren Wachstum des offenen Ökosystems, basierend auf OPC UA, führen.“

    Bild: OPC Foundation

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