01.10.2019

AutoID-Gerätespektrum mit OPC UA

Automatische Datenerfassung auf Erfolgskurs

AutoID-Geräte erfassen und identifizieren automatisch Objekte und Daten. Um diese Disziplin zukunftsfähig aufzustellen, hat der Verband AIM-D mit der OPC Foundation 2016 eine gemeinsame Spezifikation für OPC UA entwickelt. Daraus resultieren einige Vorteile gegenüber herstellereigenen Schnittstellen. Und so hält der neue Standard auch schon zunehmend Einzug in die Geräte.

Autor: Olaf Wilmsmeier


Gemeinsam zur Spezifikation: Stefan Hoppe (OPC Foundation), Bernd Wieseler (Turck), Olaf Wilmsmeier (Harting), und Matthias Damm (Ascolab).
Bild: Harting Stiftung & Co. KG (Holding)

Der AIM-Arbeitskreis Systemintegration entschloss sich im Jahr 2014 für die Definition eines neuen, technologie- und herstellerunabhängigen Kommunikationsstandard für die AutoID-Branche. Bislang kommunizierten die meisten Geräte über proprietäre Schnittstellen. Zudem wurden für verschiedene Technologien oft unterschiedliche Kommunikationsstandards verwendet: egal ob Barcode oder RFID. Diese Gegebenheiten waren historisch einfach so gewachsen.

AutoID als Basistechnologie

Behälter, Leiterplatten, Automobilkarossen, Krankenhausbetten und vieles mehr sind durch AutoID-Technik heute automatisch zu identifizieren - in der Regel komplett passiv ohne Wartungsarbeiten am Objekt. Mit UHF RFID (auch RAIN RFID genannt) erhält das Objekt selbst noch ein Gedächtnis. Informationen wie das Fertigungsdatum und die Firmware-Version eines Bauteils oder Werkstücks können ohne Stromzufuhr, drahtlos abrufbar sowie aktualisierungsfähig abgespeichert werden. So ist AutoID heute ein bewährtes Werkzeug, selbst für komplexe Lösungen, wie ein automatisch arbeitendes Lagerlogistikzentrum. Kommunikationsbarrieren sind dabei unerwünscht. Welche AutoID-Lösung konkret eingesetzt wird, sollte dabei der Anwendungsfall und nicht die Kommunikationsschnittelle entscheiden. Zudem wird die klassische Automatisierungspyramide zunehmend aufgebrochen: Ein RFID Reader kommuniziert heute oft nicht nur mit der SPS, sondern auch direkt mit dem ERP-System.

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Einsatz von OPC UA

Motiviert von diesen Ideen und Anforderungen hat sich der AIM-Arbeitskreis dazu entschlossen, eine Kommunikationsschnittstelle auf Basis des Standards OPC UA zu definieren, der bereits von vielen SPSen und Softwaresystemen unterstützt wird. Eine Kommunikation zur Maschine und zum Datenbanksystem in der Cloud ist so einfach zu realisieren. Wegen seiner objektorientierten Struktur eignet sich OPC UA gut als einheitlicher Standard für die verschiedenen AutoIDTechnologien. Gemeinsamkeiten, wie eine Scan-Methode für die einfache Erkennung einer ID, können so in übergeordneten Klassen definiert werden. Spezifische Ausprägungen werden in abgeleiteten Klassen für die einzelnen Technologien umgesetzt. Durch diesen Mechanismus können, auch auf dem Standard aufsetzend, herstellerspezifische Erweiterungen eingepflegt werden, ohne die gemeinsame Grundfunktionalität in Frage zu stellen.

Integrierte Sicherheit

Sicherheit ist ein weiteres wichtiges Thema. Isolierte Kommunikationssysteme gibt es in Fertigung und Logistik immer seltener. Die vertikale wie horizontale Integration auch von AutoID-Systemen ist heute für die Durchgängigkeit der Gesamtlösung entscheidend. OPC UA bietet bereits verschiedene integrierte Sicherheitsmechanismen, die auch vom BSI getestet wurden. Demnach verfügt OPC UA über Werkzeuge zur Umsetzung einer sicheren Datenkommunikation. Der Standard wurde laut BSI unter Sicherheitsaspekten entwickelt und enthält keine systematischen Sicherheitslücken. Für AutoID-Systeme ist dieser Aspekt nicht zu vernachlässigen. Schließlich arbeiten auf deren Datengrundlage Maschinen und Prozesse weitestgehend autonom. Deshalb hat der AIM-Verband im Jahr 2018 den Arbeitskreis AutoID&Security gegründet. Er soll Handlungsempfehlungen zur sicheren Anwendung von AutoID-Technik erstellen.

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Spezifikation nimmt Fahrt auf

2016 wurde die OPC UA for AutoID Companion Specification auf der Hannover Messe vorgestellt. Dort zeigten auch Harting und Siemens die ersten am Markt dafür ausgelegten RAIN-RFID-Geräte in einer Demoapplikation. Seitdem ist die Schnittstellenspezifikation auf Anfrage frei verfügbar, sodass sich alle SPS- und Backend-Systeme direkt integrieren lassen. Die im Jahr 2016 veröffentlichte Spezifikation ist inzwischen von vielen AutoID-Anbietern in ihre Geräte integriert worden. Inzwischen sind Barcode-, HF- und UHF-Geräte mit OPC-UA-Schnittstelle verfügbar. Damit ist eine einheitliche, sichere Datenkommunikation zu unterschiedlichen Geräten verschiedener Hersteller auf Basis von OPC UA möglich. Dennoch behalten AutoID-Geräte ausreichend Differenzierungsmöglichkeiten - lediglich der Datenaustausch ist vereinheitlicht. Das vereinfacht die AutoID-Einbindung und erhöht die Sicherheit in der Applikation.

Vereinfachung der Schnittstelle

Der AIM-Arbeitskreis Systemintegration arbeitet kontinuierlich an der Erweiterung und Verbesserung der Schnittstellenspezifikation. Die Aufgaben sind hierbei vielfältig. Ein Kernthema ist die Vereinfachung der Schnittstelle aus AutoID-Sicht und der Abbau nötiger Hürden. So kann in Zukunft das einfache Scannen eines einzelnen Objektes rein über Variablen erwirkt werden. Funktionsaufrufe sind nicht mehr erforderlich und der Implementierungsaufwand verringert sich. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Integration von Sensordaten: Insbesondere die UHF-Technik wird immer häufiger zur Übertragung von Sensorwerten genutzt. So kann ein Objekt eindeutig identifiziert, zusätzliche Daten ausgelesen und geschrieben sowie der aktuelle Zustand des Objektes abgefragt werden. Der Anwender kann Informationen zudem direkt abrufen, oft sogar batterielos. Klassische Sensorik und AutoID wachsen so immer mehr zusammen.

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RFID und Sensorik

AIM Deutschland hat diesen Aspekt 2018 im Arbeitskreis RFID&Sensorik aufgegriffen. Dessen Ergebnisse und Empfehlungen werden auch bei der Erweiterung der OPC-UA-basierten Schnittstelle berücksichtigt. Zudem gibt es auch einen internationalen Austausch. 2019 ist das neue Release der AutoID-Spezifikation vorgestellt worden. Erste Ergebnisse der oben angesprochenen Arbeitspakete sind hier bereits enthalten.

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