Spritzgießen Wie verbessert OPC UA die Digitalisierung von Peripheriegeräten?

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Arburg fördert die Digitalisierung und nutzt OPC UA als Standard für die mühelose Integration von Peripheriegeräten. Jürgen Peters teilt aktuelle Entwicklungen und Vorteile.

Wenn es um das Thema Digitalisierung geht, ist Arburg immer führend und aktiv dabei. Der Maschinenhersteller engagiert sich auch für den Industriestandard OPC UA als einheitliche Schnittstelle, über die sich verschiedenste Peripherie an die Spritzgießmaschine anbinden lässt. Wir sprachen mit Jürgen Peters, Abteilungsleiter Software-Entwicklung bei Arburg, über den aktuellen Stand und die Vorteile von OPC UA.

PlastXnow: Warum ist es sinnvoll, Peripheriegeräte vollumfänglich in die Maschine zu integrieren? 

Jürgen Peters: Eine Spritzgießmaschine ist praktisch immer mit zusätzlicher Peripherie ausgestattet. Das können Materialförderer, Trockner und Temperiergeräte sein, aber auch Heißkanalregler, Dosieranlagen und Robot-Systeme sowie ein Leitrechnersystem. Alle diese Komponenten kommen von verschiedenen Herstellern, sollten aber dennoch möglichst einfach und zuverlässig zusammenspielen. Das gelingt am besten, wenn nicht jedes Gerät mit seiner eigenen Schnittstellen-Technologie arbeitet, sondern von einer zentralen Steuerung aus auf Basis synchronisierter Werte und Parameter. Voraussetzung dafür sind Kommunikation und Datenaustausch „in einer Sprache“.

PlastXnow: Von welchen Schnittstellen oder „Sprachen“ sprechen wir hier?

Peters: Bis Mitte der 1990er-Jahre wurden ganz verschiedene Schnittstellen entwickelt und verwendet. Im Consumer-Bereich löste USB schließlich alle anderen Technologien ab und wurde zum Standard. Genau das passiert jetzt mit OPC UA als Open Standard auch im industriellen Umfeld. 

PlastXnow: Das heißt, die Industrie hinkt aktuell noch hinterher?

Peters: Leider ja. Es gibt viele herstellerabhängige Technologien, Protokolle, Normen und Stecker. Daraus resultierten eine sehr eingeschränkte Kommunikation und ein komplexes Gesamtsystem mit beschränkten Daten zu hohen Kosten. Das wollen wir auch im Sinne unserer Kunden ändern. Mit OPC UA als einheitliche, sichere Standardtechnologie und der Maschinensteuerung als zentrale Stelle, an der verschiedenste Daten abgerufen, geändert und gespeichert werden. 

PlastXnow: Was sind die Vorteile von OPC UA und wie sicher ist dieser Open Standard?

Peters: OPC UA ist herstellerunabhängig und skalierbar, also für kleine Anlagen genauso geeignet wie für komplexe, vernetzte Fertigungszellen. Die Kommunikation erfolgt über Standard-Ethernet und einheitliche Steckverbinder. Mittels „Plug & Play“ wird ein angeschlossenes Gerät automatisch erkannt und in die Steuerung integriert. Weiterhin gibt es im Vergleich zu anderen Kommunikationsprotokollen keine Beschränkung der Datenmenge. Außerdem sorgen bei OPC UA Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung für dreifache Sicherheit und schützen vor unbefugtem Zugriff.

OPC UA ist herstellerunabhängig und skalierbar, also für kleine Anlagen genauso geeignet wie für komplexe, vernetzte Fertigungszellen.

Jürgen Peters

PlastXnow: Wie funktioniert die Kommunikation über OPC UA aus technischer Sicht?

Peters: Ein Datentransfer per OPC UA basiert auf dem Prinzip von sogenannten Servern und Clients. Diese werden mit Hilfe eines Software Development Kit (SDK) entwickelt, das es beispielsweise. als Open-Source-Tool gibt. Die Spritzgießmaschine braucht einen Server, um Daten an ein MES zu übermitteln, und fordert über einen Client die Daten von peripheren Systemen an. Das MES braucht entsprechend einen Client, um Daten von der Maschine zu empfangen und die Peripheriegeräte einen Server, um Daten an diese zu liefern. Die OPA-UA-Schnittstelle unterstützt zudem die vertikale Integration, also den Datenfluss von der Produktions- bis zur Unternehmensebene. Dies ermöglicht eine umfassendere Analyse sowie Überwachen und Optimieren von Fertigungsprozessen.

PlastXnow: Welche Daten werden auf diese Weise genutzt und wozu?

Peters: Kurz gesagt lassen sich mit OPC UA alle relevanten werkzeug- und materialabhängigen Einstellungen aus der Peripherie in der Maschinensteuerung zentral sammeln. Diese kann man direkt auf dem Bildschirm der Steuerung visualisieren, ändern und zusammen mit dem Jürgen Peters zeigt, wie man Temperiergeräte über OPC UA einfach in die Steuerung integriert (Bild rechts). Zudem gibt es EUROMAP-Schnittstellen für die Anbindung von zum Beispiel Robot-Systemen, weiterer Peripherie und MES (Grafik). Datensatz der Maschine speichern. Der große Vorteil von OPC UA ist die Anzahl der Geräte, die nun „in einer Sprache“ miteinander kommunizieren.

PlastXnow: Wo funktioniert das schon und welche Vorteile ergeben sich daraus konkret?

Peters: Wir arbeiten mit bereits vielen validierten Lieferanten wie HB-Therm, Gammafl ux, Elmet und Hack zusammen. In unsere Allrounder können verschiedene Peripheriegeräte integriert werden – aktuell von 26 Herstellern. Bei Heißkanalreglern liegt beispielsweise der große Vorteil in der hohen Anzahl von bis zu 120 Heizzonen, die sich zentral verwalten lassen. Bei integrierten LSR-Dosieranlagen können alle relevanten Parameter auf dem Bedienpanel angezeigt und direkt an der Maschinensteuerung bedient werden. Start und Stop erfolgt jeweils an der Steuerung. Die Maschine bekommt jede Abweichung sofort angezeigt und kann darauf reagieren. Das sorgt für Prozesssicherheit. In Vergleich zu herkömmlichen Protokollen stehen viel größere Datenmengen bereit.

PlastXnow: Welche auf OPC UA basierende Schnittstellen sind bereits verfügbar?

Peters: Das ist zunächst die EUROMAP 82 in den Spezifikationen 82.1 für Werkzeugtemperatur, 82.2 für Heißkanäle und 82.3 für LSR-Dosierpumpen. In Kürze werden 82.4 für Dosieren und 82.6 für Trocknen folgen. Zudem gibt es EUROMAP 77 für Manufacturing Executive Systeme (MES) und EUROMAP 79 für Robot-Systeme. Weitere sind in Arbeit, darunter EUROMAP 86 für Materialzufuhr und EUROMAP 88 für Werkzeugüberwachung