artikel

OPC UA-implementatie: begin klein en met stappenplan

Engineering

Het protocol OPC UA lijkt stilaan dé standaard te worden die de manier van informatie uitwisselen in de industrie vastlegt. Experts zien duidelijk de voordelen ervan in, maar vrezen ook voor een gedeeltelijke implementatie, waardoor sommige functionaliteiten het nou net even niet doen.

OPC UA-implementatie: begin klein en met stappenplan
(foto: Jasa Packaging systems)

Tekst: Ronald Bruins

OPC UA is ontwikkeld door de OPC Foundation. Dat is een stichting van meerdere industriële partijen die samen standaarden voor het verbinden van systemen en machines ontwikkelen. OPC UA (oftewel Unified Architecture) is als het ware de backbone van de fabriek. Bert van der Linden, senior lecture IA & IT bij Applied Tech Systems: ‘De open standaard maakt het werk van de industrieel automatiseerder veel eenvoudiger. Hij kan sneller een nieuwe productlijn koppelen aan bestaande systemen.’ De open standaard regelt eensluidende communicatie tussen delen van machines en installaties, tussen machines of installaties onderling en met IT-gerelateerde systemen. OPC UA lijkt stilaan de standaard te worden, zegt Van der Linden. ‘In Duitsland zitten er sterke krachten achter. Denk aan Siemens, maar ook aan het treinwezen dat nu zijn automatisering baseert op OPC UA.’ Kortom, dit is niet een gril die overwaait. ‘Integendeel. Duitse leveranciers verwerken het en masse in hun software, machines en apparaten. ‘

Gedistribueerde vorm van informatievoorziening

Waar in het huidige landschap van industriële automatisering, systemen van bovenaan in de piramide (bijvoorbeeld ERP, MES en SCADA) de opdrachten geven aan de lagere systemen, verandert dat met OPC UA. ‘Het kan nu nog een maand duren, voordat een besluit dat is genomen in een ERP-systeem doorsijpelt door alle lagen naar de productievloer. Dat is veel te lang. Die tijd moet minder worden, vooral omdat je snel wilt schakelen. Bijvoorbeeld als je een overname hebt gedaan of als je het productieproces wilt aanpassen op een veranderende vraag vanuit de markt. OPC UA is een krachtig informatiemodel dat zorgt voor integratie van systemen, software en apparaten. Dat is een gedistribueerde vorm van informatievoorziening. Waardoor je niet meer een master hebt die bevelen geeft aan de slave, maar een soort overlegstructuur zich aandient. Bij wijze van spreken: Kan ik als machine al gaan produceren? De machine geeft dat signaal omdat hij altijd maandag staat te draaien. Op basis van voorspellingen kun je dan je productie aansturen.’

Het begint met het stappenplan

Waar begint de industriële manager die werk wil maken van OPC UA? Van der Linden: ‘Op de website van de OPC Foundation (opcfoundation.org) is een document met een stappenplan te vinden. Ik moet wel zeggen dat deze vrij algemeen is, maar het geeft wel een beeld van OPC UA en wat je ermee kunt.’ En zoals ook bij andere implementaties het geval is, raadt Van der Linden niet aan met een big bang naar OPC UA over te gaan. ‘Bepaal eerst eens waar je makkelijk een implementatie kunt verzorgen. Bijvoorbeeld bij een aantal apparaten die voorzien zijn van OPC UA. Denk aan de RFID-scanners die je kunt verbinden met je PLC’s.’ Van der Linden geeft trainingen in OPC UA. Hij is er zeer positief over. Maar zijn er ook nadelen aan de implementatie? ‘Het is nog afwachten in hoeverre leveranciers OPC UA verwerken in hun producten. Is dat full feature of hebben ze het alleen in bepaalde functionaliteiten verwerkt? Er is een kans dat dat laatste gaat gebeuren, maar dat weten we dus niet zeker. Is het maar deels verwerkt, dan krijg je dus nog steeds problemen in de interoperabiliteit, de interactie tussen software, machines en apparaten. Het is daarom verstandig om te checken of een apparaat OPC-gecertificeerd is en of het een full feature-profiel heeft.’

Niet alles-in-één

Industry 4.0 belooft een toekomst zonder medewerkers in een fabriek. Van der Linden: ‘OPC UA is een stap daar naartoe, maar ik geloof niet in een fabriek waar geen menselijke arbeid meer nodig is. Niet van elk product dat je wilt maken, is het maakproces geheel te automatiseren. Industrieel managers vergeten dat nog wel eens. Die willen een installatie die alles maakt. Onder het motto van modulair produceren. Maar ik vergelijk het wel eens met een koffieapparaat. Daar zet je koffie mee. Daar kun je ook geen broodjes mee bakken. Je kunt simpelweg niet alles uit één fabriek halen. We hebben nu nog te maken met dat koffiezetapparaat. Daarmee is, bijvoorbeeld in het geval van Apple, best een hoop mee te doen. Accu, printplaatje, een paar componenten. Die worden, kort door de bocht gezegd, af en toe wat groter of kleiner en dan pas je de productielijnen wat aan. Maar bij auto’s is dat compleet anders. Daar moeten fikse veranderingen in de productielijnen worden doorgevoerd. Kortom, zo modulair in de productie kunnen we nog niet zijn. Alhoewel het protocol OPC UA wel gaat helpen om in het productieproces onderling machines, apparaten en software met elkaar te laten praten.’

Naar industrie 4.0

Joost Breed en Rob Wilbers zijn beide softwaredeveloper bij JASA, een machinebouwer voor de wereldwijde voedingsmiddelenindustrie. Zij volgden de training van Van der Linden over OPC UA. Wat was de aanleiding? Breed: ‘We wilden bij de ontwikkeling van nieuwe machines zoveel als mogelijk over op Industrie 4.0. We willen namelijk connectiviteit van onze machines naar buiten toe. Bijvoorbeeld op dashboards draaitijden en andere meetgegevens laten zien, maar ook aan predictive maintenance doen. Daarbij is OPC UA onmisbaar. We gingen dus naar de training met het idee dat het alleen van toepassing zou zijn voor nieuwe machines, maar je kunt het protocol ook gebruiken voor bestaande machines.’ Het grote voordeel volgens de mannen: andere machines herkennen de machine van JASA in een netwerk en kunnen ermee communiceren. Wilbers: ‘Daarnaast melden machines zich in het netwerk aan, zodat je er vanuit software interactie mee kunt zoeken.’

Eenvoudig je automatisering optuigen

Klanten hebben het nog niet massaal over OPC UA. Breed: ‘Integendeel. Het is in feite ook op de achtergrond een protocol dat zijn werk moet doen. Onder de motorkap om het zo te zeggen. We krijgen wel vragen over het instellen van een recept vanuit een ERP-systeem. Is dat mogelijk, zodat we omsteltijden kunnen verkorten? Die vraag past bij het denken van OPC UA. Maar we hebben nog maar net de kennis opgedaan. We zijn er nog niet in de praktijk mee bezig.’ Wilbers: ‘We willen ons wel verder in het protocol verdiepen. Ook omdat een wereldwijde werkgroep een OPC UA-modelspecificatie heeft gemaakt voor verpakkingsmachines. Aan de hand daarvan kunnen wij verder bouwen. Het mooie van OPC UA is dat je dat model zo in een bovenliggend model kan haken. De verpakkingsindustrie is bij mijn weten de eerste die zo’n concrete specificatie heeft. Als andere apparaten en machines ook dergelijke modellen krijgen, kun je deze ook zo in het bovenliggende besturingsmodel hangen. Je kunt zo je automatisering eenvoudig optuigen, waarbij de eigenaar makkelijk informatie uit machines en apparaten kan halen. Dat vind ik het grote voordeel.’

Trendachtige technologie

OPC UA gaat volgens de software developers ‘vrijwel zeker’ doorbreken. Breed: ‘Alhoewel ook veel afhangt van nieuw ontwikkelde apparaten. In hoeverre ondersteunen ze het protocol helemaal en in voldoende mate? Je wilt erop kunnen vertrouwen dat apparaten helemaal, tot in elk component, deze technologie ondersteunen. Gebeurt dat half, dan heeft implementatie ook geen zin. Want dan haal je er onvoldoende winst uit.’ Dat is ook meteen hét probleem met trendachtige technologie, meent Wilbers. ‘We zagen het ook bij het hoopgevende IO-link dat communicatie op sensorniveau moet leveren. Leveranciers zeggen dan dat ze het ondersteunen, maar dan ondersteunen ze alleen de basisfunctionaliteit. Dat is ronduit teleurstellend. Ik hoop dat dat voor OPC UA niet gaat gelden. Het is wel een valkuil waar dit nieuwe protocol in zou kunnen trappen.’

——

OPC UA in 3 stappen 

Waar begint de industriële manager die werk wil maken van OPC UA? Op de website van de OPC Foundation, opcfoundation.org, is een document met een stappenplan te vinden. Dat stappenplan, om te komen tot industrie 4.0 met OPC UA, is vrij algemeen, maar het geeft toch een beeld van de implementatie.

De eerste stap

OPC UA is gebaseerd op het internet protocol. Als een fabriek al een IP-gebaseerd netwerk heeft, kan de industrieel manager OPC UA gebruiken als een interface om informatie uit machines en apparaten van verschillende fabrikanten te halen. Als voorbeeld noemt de stichting systemen om de condities van het productieproces te meten. Die kan de industrieel manager met OPC UA koppelen aan machines. In de eerste stap kiest de industrieel manager relevante parameters voor het monitoren van machines en systemen. Deze koppelt hij handmatig met de systemen om de conditie van het productieproces te meten.

De tweede stap

Als tweede stap noemt de stichting het implementeren van standaard informatiemodellen voor OPC UA. Zo’n model wordt al genoemd door Jasa. In hun geval was het een OPC UA-modelspecificatie voor verpakkingsmachines. De functionaliteit van machines en apparaten van verschillende aanbieders gaan meer en meer in modellen worden gestopt. Die modelen kan de industrieel manager als bouwblokken aan elkaar koppelen. Daardoor ontstaat interoperabiliteit. Machine en apparaten praten als het ware met elkaar. Van plastic- en rubbermachines tot aan RFID-scanners.

De derde stap

Industrie 4.0-machines en systemen zijn verschillend in prestaties en efficiëntie. Om het zo te zeggen: de ene blokkendoos is de andere niet. Het OPC UA informatiemodel zal verschillen per fabriek. “We willen immers niet alle aspecten van machines en systemen standaardiseren”, stelt de OPC Foundation. Maar in OPC UA kan de industrieel manager wel autorisatierollen toebedelen aan experts van machines, systemen en fabrieken. Waardoor zij met hun kennis weer hun delen van de fabriek kunnen optimaliseren.

Van der Linden verwacht dat deze derde stap nog wel op zich laat wachten. “Als de OPC Foundation spreekt over een Industrie 4.0-machine dan bedoelen ze eigenlijk een machine of een component die de Industrie 4.0-taal spreekt. Het Platform Industrie 4.0 definieert op dit moment deze taal.”

 

Niet iets abstracts

De stappen van de OPC Foundation zijn nogal globaal geformuleerd. Die geen recht doen aan de specifieke situatie van de industriële manager. Belangrijk voor hem is dan ook om zich verder te verdiepen, eventueel in samenwerking met een industrieel automatiseerder, in de gevolgen van OPC UA. Als laatste zegt de OPC Foundation eufemistisch dat Industrie 4.0-communicatie niet iets abstracts voor de toekomst is. “Nee, met OPC UA bestaat het al.”

 

Nog niet aan de slag met TSN

In november kondigen de leveranciers ABB, Bosch Rexroth, B&R, CISCO, General Electric, KUKA, NI, Parker Hannifin, Schneider Electric, SEW-EURODRIVE en TTTech op de beurs SPS/IPC/Drives 2016 in Neurenberg  aan dat ze gaan samenwerken. Zij willen OPC UA combineren met Time-Sensitive Networking (TSN). Van der Linden: ‘Dat is een mooie ontwikkeling, maar met het ontwikkelen van de diverse onderdelen van TSN zijn de partijen nog wel even bezig. Ik verwacht vijf tot tien jaar.’ Tot nu toe heeft de industriële manager ethernet om apparaten berichten onderling te laten versturen via het netwerk. Maar dat ethernet kon vol raken. De bandbreedte is dan op. Dan stroomt het over. En dan stopt de communicatie. TSN lost dat probleem op door bandbreedte te reserveren en prioriteit aan te brengen, waardoor de berichten wel aankomen. ‘Het is goed om te weten dat TSN eraan komt, maar je kunt er als industrieel manager dus nog lang niet mee aan de slag.’

 

Reageer op dit artikel