OPC UA Wissen Sie eigentlich, was die IT in Ihrer Produktion so treibt?

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Digitalisierung bedeutet immer mehr IT in Produktionsumgebungen. Das schafft neue Abhängigkeiten. Denn nur wenn die IT zuverlässig funktioniert, läuft auch die Produktion. Aber wissen Sie, ob Ihre IT-Komponenten gerade funktionieren? Zum Glück gibt es OPC UA.

Früher war alles einfacher, Maschinen waren analog, und IT hatte nichts in der Produktion verloren. Dann kam die Digitalisierung, sprich Industrie 4.0 und mit ihm das IIoT, und versprach vielversprechende Neuerungen wie Digital Twins oder Predictive Maintenance. Alles sollte besser und viel effizienter werden. Allerdings braucht die digitale Revolution IT.

Industrie-PCs (IPC) steuern jetzt Produktionsanlagen, Netzwerke transportieren Daten, ältere Anlagen werden mittels Retrofitting in die neue, digitale Realität eingebunden. Damit all das funktioniert, müssen sämtliche Komponenten und Prozesse ständig überwacht werden, sowohl die aus der OT-Welt als auch die aus der IT. Dafür existieren bereits Systeme, schließlich wurden auch früher schon Maschinen genau wie IT-Netzwerke und Infrastrukturen überwacht; allerdings von unterschiedlichen Systemen.
In der OT-Welt waren das Leitstände: Bildschirme und Bedienfelder, die einzelne Produktionsstraßen oder auch ganze Industrieanlagen überwachen und steuern. Bei Störungen blinkten Lämpchen und der zuständige Techniker ging los und löste das Problem.

Heute sind Systeme wie SCADA oder MES der Standard: softwarebasierte Lösungen, die klassische Leitstände integrieren oder ablösen. Die Daten werden in der OT-Welt über Industrieprotokolle und -methoden wie Modbus, MQTT oder OPC UA erfasst, über das Produktionsnetzwerk transportiert und verarbeitet.
In der IT übernehmen Monitoring-Tools das Überwachen. Mittels IT-Protokollen wie SNMP, HTTP oder NetFlow werden Informationen zu Verfügbarkeit und Performance von IT-Komponenten und -Systemen gesammelt, ausgewertet und kommuniziert. Hier ist das Angebot vielfältig und reicht von herstellerspezifischen Tools über Lösungen für bestimmte Aufgaben wie Netzwerk-Performance-Monitoring oder Verfügbarkeitsmonitoring bis hin zu breit aufgestellten Lösungen für das Überwachen der gesamten IT und darüber hinaus.

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Wie kommen IT und OT zusammen?

In vielen Unternehmen sind die Monitoring-Systeme für OT und IT nach wie vor voneinander getrennt. Das macht es schwierig, bereichsübergreifende Prozesse zu überwachen und bei Störungen die Ursachen zu ermitteln. Ein Ansatz ist, IT-Monitoring-Systemen Industrieprotokolle beizubringen. So unterstützt beispielsweise Paessler PRTG als klassische IT-Monitoring-Lösung inzwischen auch Industrieprotokolle und -methoden wie Modbus, OPC UA oder MQTT und kann so auch Maschinen und Systeme aus dem OT-Umfeld in ein übergeordnetes Monitoring integrieren.

Allerdings ist eine IT-Monitoring-Lösung für IT-Umgebungen und IT-Spezialisten konzipiert. Zwar lassen sich Überwachungsdaten von Produktionsanlagen integrieren, in Relation zu Daten aus der IT-Umgebung setzen und dann in dedizierte Dashboards für die OT-Verantwortlichen publizieren, jedoch löst das nicht das grundsätzliche Handicap des Spezialistentums: Nur Expertinnen und Experten wissen, was sie wie in ihrem Zuständigkeitsbereich überwachen müssen.
Das bedeutet, dass OT-Spezialisten das Monitoring der Produktionsumgebung einrichten und IT-Spezialisten das der IT. Und das erfordert für beide Seiten den Einsatz einer Lösung, die für ihren jeweiligen Anwendungsbereich optimiert ist, die sie kennen und bei der, bildlich gesprochen, die Knöpfe da sitzen, wo sie es erwarten.

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Usability in der Industrie – Einfachheit ist Trumpf!

Die industrielle Zukunft ist benutzerfreundlich – Future of Industrial Usability weist den Weg, und dient als Plattform, auf der Expertinnen und Experten von neusten Entwicklungen berichten und echter Austausch möglich ist – branchenübergreifend und praxisnah. Neben Neuigkeiten zu Trends und Entwicklungen lernen die Teilnehmer Methoden, Vorgehensweisen und Techniken des Usability Engineerings kennen, kommen mit Vertretern aus unterschiedlichen Industrien zusammen und finden im Austausch Antworten auf aktuelle Herausforderungen.

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Arbeiten OT- und IT-Spezialisten in einem Team eng zusammen, kann die gerade beschriebene Lösung, also eine IT-Lösung, die auch OT-Informationen verarbeiten kann, durchaus eine Option darstellen. Je größer aber das Unternehmen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Verantwortung für IT und OT bei unterschiedlichen Abteilungen liegt.

Das bedeutet, dass im Leitstand der Produktion meist keine IT-Spezialisten arbeiten; eventuell nicht einmal im Unternehmen – wenn die IT nämlich an einen Dienstleister ausgelagert ist, was im Fall der IT in Produktionsumgebungen relativ häufig vorkommt. Die Überwachung der Maschinen und Produktionsprozesse an den IT-Dienstleister auszulagern, der dann die Ergebnisse über entsprechende Anzeigen an die OT-Experten kommuniziert, wäre kontraproduktiv. Da fehlt das Fachwissen um die Produktionsprozesse, der Mehraufwand für die Wissensvermittlung im laufenden Betrieb wäre viel zu hoch, das OT-Monitoring wäre zu indirekt. Hier geht es darum, die Informationen zu Verfügbarkeit und Performance der für die Produktion relevanten IT-Komponenten in das OT-Monitoring, sprich in das SCADA-System beziehungsweise den Leitstand, zu bringen. Wie aber kriegen wir die IT-Daten in das SCADA-System?

Basics

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OPC UA als Mittler zwischen den Welten

OPC UA, was für Open Platform Communications Unified Architecture steht, ist ein Industriestandard für die Datenkommunikation zwischen verschiedenen Geräten und Systemen in der Produktion. Es ermöglicht die nahtlose Integration von Maschinen, Anlagen, Sensoren und anderen Geräten in einer Produktionsumgebung und bietet eine sichere, zuverlässige und interoperable Kommunikation in Form einer standardisierten Schnittstelle für den Austausch von Daten zwischen verschiedenen Systemen und Anwendungen. Das gilt unabhängig vom Hersteller oder der verwendeten Plattform. Und beinhaltet die Echtzeitüberwachung von Maschinen und Anlagen, die Fernwartung und -steuerung sowie die Integration von Daten aus unterschiedlichen Quellen in eine zentrale Steuerung. Darüber hinaus bietet OPC UA ein hohes Maß an Sicherheit, indem es eine verschlüsselte Datenübertragung und Authentifizierung unterstützt.

Damit bietet sich OPC UA an, um Daten in Produktionsumgebungen zu bewegen, aber auch um Daten zwischen IT- und OT-Umgebungen auszutauschen. Speziell Teil 9 der OPC UA-Spezifikationen, „Alarms and Conditions“, prädestiniert OPC UA als Methode für das dynamische Handling von Störmeldungen über Bereichsgrenzen hinweg.
Ein zusätzliches Argument für den Einsatz von OPC UA liefern die Möglichkeiten zur Datenverschlüsselung und Authentifizierung. Sicherheit spielt bei der Öffnung von OT-Umgebungen für die IT eine ganz wesentliche Rolle, da sich hier ganz neue Angriffspunkte auftun, die für die komplett von der Außenwelt abgekapselten Produktionsumgebungen der Prä-Digitalisierungs-Ära noch gar kein Thema waren.

IOT-Praxis

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Ein Überblick über IT und OT ist möglich – und nötig

Wir haben jetzt drei Komponenten für unseren Gesamtüberblick einer digitalisierten Produktionsumgebung:

• Ein SCADA-System beziehungsweise einen Leitstand, wo OT-Verantwortliche alle Informationen zu ihrer Produktionsumgebung finden und was die Kontrolle und Steuerung derselben ermöglicht;

• eine IT-Monitoring-Lösung, die das Netzwerk und andere IT-Komponenten überwacht;

• eine Methode, OPC UA, die den Datentransfer innerhalb der OT-Umgebung, aber auch zwischen IT und OT ermöglicht.

Wir könnten jetzt die IT-Daten via OPC UA von der IT-Monitoring-Lösung zum SCADA-System übermitteln und so ein vollständiges Monitoring der digitalisierten Produktionsumgebung inklusive aller OT- und IT-Komponenten ermöglichen. Gäbe es nicht noch ein kleines Hindernis, das wir erst noch überwinden müssen: IT-Monitoring-Lösungen sprechen normalerweise kein OPC UA. Manche Lösungen, wie die von Paessler, verstehen zwar OPC UA und können Daten via OPC UA empfangen. Sie sprechen aber kein OPC UA und können somit keine Monitoring-Ergebnisse direkt an die SCADA-Systeme und Leitstände dieser Welt übermitteln.

Womit wir bei einer vierten Komponente wären: einem OPC UA Server – bei Paessler ist das eine neue, eigenständige Erweiterung zu PRTG. Die Software dient als Übersetzer zwischen der Monitoring-Lösung und dem SCADA-System beziehungsweise dem Leitstand.
Genau genommen übersetzt der Paessler PRTG OPC UA Server aber nicht, sondern empfängt IT-Informationen und Alarme, formatiert die empfangenen Daten OPC UA-konform und sendet sie weiter an die entsprechenden Systeme auf der OT-Seite. Dank OPC UA Alarms and Conditions kann die eigenständige Lösung nicht nur Alarmierungen versenden, sondern auch quittieren.
Damit ist ein Informationsgleichstand zwischen IT- und OT-Teams gewährleistet. Das wiederum erlaubt ein schnelles Erkennen von Störungen, das umgehende Identifizieren der Fehlerquelle und das Klären von Zuständigkeiten. Nur so lassen sich Störungen von Produktionsprozessen, die sowohl OT- als auch IT-Komponenten umfassen, zeitnah beheben und ernste Folgen und Ausfälle vermeiden.

* Johannes Liegert ist Product Manager Industry und IoT bei der Paessler AG.

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