IoT: Jede x-beliebige Maschine ans Netz

Für Produktionsbetriebe ist die Einführung von Industrie 4.0 über kurz oder lang unabdingbar. Einer der wenigen bereits verfügbaren Standards, der sich zur Umsetzung eignet, ist OPC UA. Die Integration vorhandener Infrastrukturen kann dabei vor anspruchsvolle Herausforderungen stellen. › von Alois Träger

Zur Umsetzung der vierten industriellen Revolution sind einerseits standardisierte Schnittstellen gefordert, andererseits findet man in den Betrieben immer noch Maschinen und Systeme, die keinen Netzwerkanschluss bieten.

Eine Lösung ist die Communication Databridge CoDaBix von Traeger. Sie ermöglicht es, unterschiedliche Systeme, wie „alte“ und „neue“ Maschinen und IT-Anlagen, mit geringem Aufwand an ein Netzwerk anzubinden. Das ‚x’ in CoDaBix steht für x-beliebig. Mit dieser Middleware lässt sich alles verbinden. Unabhängig davon, ob die Maschinen über Digitale Ein-/Ausgänge oder proprietäre Kommunikationsprotokolle verfügen oder das PPS-/MES-System-Interface noch auf Textdateien basiert: Mit der Databridge lassen sich Schnittstellen und Variablen aller Art auf den de facto Industrie 4.0-Standard OPC UA bringen. Dazu bringt die Lösung die aktuell wichtigsten Interfaces und Protokolle mit.

Läuft sogar auf Raspberry Pi

Das Konzept von CoDaBix unterstützt viele Plattformen. Die Software wird ausschließlich in der Programmiersprache C# entwickelt, während besonders Wert auf die Kompatibilität zu .Net Core gelegt wird. Die Databridge kann somit auf allen 32- und 64-Bit-Windows-Systemen – egal ob Desktop, Server oder Windows IoT – sowie auf Linux und MacOS betrieben werden.

Die aktuelle Version der Lösung ist auch auf dem Raspberry Pi verfügbar und bringt für die Kompaktsysteme von Kunbus und UniPi bereits sogenannte Device-Plugins mit. Damit lässt sich deren Onboard-Peripherie ohne großen Aufwand per OPC UA ansteuern.

Einheitlicher Zugriff

Analog zu OPC UA werden sämtliche Variablen in einer „Node“-Struktur abgebildet. Jedem Node lassen sich dabei beliebige Child-Elemente zuweisen. Das können beispielsweise Prozessvariablen aus der Produktion, generierte Text-Dateien (wie XML oder CSV), SQL-Datensätze, Rezepturen, Wartungsanweisungen, Alarme, Events, PDF-Dateien oder Bilder sein.

Die Lösung bietet einen integrierten Webserver, über den auch eigene Applikationen bereitgestellt werden können. Ein leistungsfähiges REST/JSON-Interface ermöglicht den direkten Zugriff auf die Daten. Damit lassen sich durch REST-Anfragen Variablen lesen und schreiben. Dateien können mittels URL-Link in die eigene Webapplikation eingebunden werden. Entsprechend komfortabel ist die Anbindung von Mobile Apps und Datenanalyse-Tools, während sich die Zugriffsrechte auf Daten über eine integrierte Benutzerverwaltung feingranular verwalten lassen.

Dienste runden IoT-Fähigkeit ab

Für die wichtigsten SPS-Systeme – beispeielsweise S7, Beckhoff und Mitsubishi – sowie Protokolle wie Modbus und RFC-1006 stehen entsprechende Plugins bereit. Auch SQL-Datenbanken (MSSQL, MySQL, MariaDB, Oracle und weitere) lassen sich nahtlos einbinden und die Entwickler haben bereits Verbindungen zu diversen digitalen I/O-Modulen, RFID-Lesern und Barcode-Scannern, sowie weiteren seriellen Geräten realisiert.

Eine integrierte historische Datenbank sorgt für automatische Aufzeichnung von Prozessdaten, die per OPC UA HDA und das bereits erwähnte REST-Interface abgerufen werden können.

Modular und erweiterungsfähig

Die Bridge ist modular strukturiert und besteht aus dem CoDaBix Core, der durch Plugins um Interfaces und Funktionalitäten für die Maschinenkommunikation und IT-Anbindung erweitert werden kann. Im Core, dem „Herzstück“, laufen sämtliche „Adern“ des Systems zusammen. Daten aller Art werden hier vorverarbeitet, nachverarbeitet, skaliert, konvertiert, geroutet und vieles mehr. Ein Highspeed Data Cache innerhalb des Core stellt einen hohen Datendurchsatz sicher.

Sämtliche Prozesswerte befinden sich im Arbeitsspeicher und sind somit für die verbundenen Plugins schnell abrufbar. Zudem stellt die Kernanwendung Interfaces, Funktionen und Methoden bereit, die es ermöglichen, Plugins zur Kommunikation mit der Außenwelt zu implementieren.

Dieses modulare Konzept bietet hohe Flexibilität und Erweiterungsfähigkeit. So lassen sich beispielsweise problemlos spezielle Datenformate oder Maschinen mit eigenen Übertragungsprotokollen integrieren oder Verbindungen zu externen Services von Drittanbietern realisieren. Zudem sind größere und komplexere Systeme durch die Vernetzung von mehreren CoDaBix-Instanzen möglich.

Typescript für benutzer­definierte Programme

Besonders zu erwähnen ist das Typescript-Plugin. Über einen darin integrierten komfortablen Editor kann der Anwender eigene Funktionen realisieren. Diese Programme werden zu reinem .Net-Code kompiliert und integrieren sich automatisch ins System.

Beispielsweise kann bei Änderung eines Variablenwertes eine selbst definierte Funktion aufgerufen werden. Dort lässt sich eine Nachverarbeitung der Daten durchführen. So kann man Datenströme in einzelne Variablenwerte splitten oder mehrere Variablenwerte zu einem Datenstrom zusammenführen. Eine weitere Möglichkeit wäre ein Skript, das ereignisorientierte Trigger erzeugt, die das Senden von Datensätzen aus einer SQL-Datenbank in die Steuerung oder umgekehrt auslösen. Es lassen sich sogar Funktionen programmieren, die über eine URL im Webbrowser oder OPC UA Methoden aufgerufen werden können. Der Anwender kann also mit wenig Aufwand eigene Plugins und Applikationen erstellen.

Das Reich der Möglichkeiten

Datenquelle und Datenziel können, wie oben bereits erwähnt, (x-)beliebiger Natur sein: SPS, CNC-Steuerung, Kunststoffspritzgießmaschine, Textdatei oder Datenbank. Im Grunde ist nichts unmöglich. Ein MES kann durch Schreiben eines Datensatzes in der SQL-Datenbank eine Rezeptur an die CNC-Maschine senden und den Produktionsablauf starten. Oder eine SPS kann durch eine Bit-Flanke getriggert Produktionsdaten in einer SQL-Datenbank speichern.

Auch könnte ein OPC UA Client über einen zentralen Zugang von sämtlichen mit der Databridge verbundenen Komponenten lesen und schreiben. Der hierarchische Datenfluss zwischen Maschine, MES und Produktionsplanungssystem läuft damit wie von selbst. Eine Änderung oder Erweiterung von Programmen in den Endgeräten ist nicht notwendig. Die Koordination übernimmt die Databridge und das modulare Konzept erlaubt eine Anpassung des Systems an die Anforderungen. Dadurch sind Weiterentwicklungen auch im laufenden Betrieb möglich. jbi ‹

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Alois Träger ist Produktmanager bei Traeger Industry Components in Weiden.