Vernetzung von Maschinen, Automatisierungssystemen und Industriesoftware
GPLG realisiert industrielle Kommunikationsarchitekturen unter Einsatz von Technologien wie OPC UA und MQTT um Maschinen, SPSen, Sensoren und Softwaresysteme miteinander zu verbinden.
Wir entwickeln Kommunikationslösungen, die auf die Anforderungen der industriellen Umgebung zugeschnitten sind – von der Vernetzung auf Maschinenebene bis hin zum Datenaustausch zwischen Produktionssystemen und übergeordneten Anwendungen.
Kommunikationsarchitekturen in der Industrie
Moderne Produktionsumgebungen bestehen selten aus nur einer einzigen Maschine oder einem einzigen Automatisierungssystem. Die Systeme müssen Informationen über alle Betriebsebenen hinweg zuverlässig austauschen:
OPC UA für die industrielle Kommunikation
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein industrielles Kommunikationsframework, das für den zuverlässigen und strukturierten Informationsaustausch zwischen Systemen und Geräten entwickelt wurde. Es bietet eine standardisierte Möglichkeit für industrielle Anwendungen, mit Anlagen und Automatisierungssystemen zu kommunizieren.
MQTT für den industriellen Datenaustausch
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein schlankes Publish/Subscribe-Nachrichtenprotokoll, das für die effiziente Datenverteilung zwischen vernetzten Geräten und Software entwickelt wurde. Durch den Einsatz eines zentralen Brokers entfällt die Notwendigkeit, direkte Peer-to-Peer-Verbindungen zwischen allen Systemkomponenten aufrechtzuerhalten.
Unterschiedliche Technologien für unterschiedliche Anforderungen
| Funktion | OPC UA | MQTT |
|---|---|---|
| Hauptzweck | Kommunikation in industriellen Systemen | Nachrichten-/Datenverteilung |
| Kommunikationsmodell | Client/Server | Veröffentlichen / Abonnieren |
| Typische Umgebung | Maschinen, SPS, SCADA | IoT, Edge-Computing und verteilte Systeme |
| Datenstruktur | Umfassendes industrielles Informationsmodell | Leichte Nachrichten |
| Typische Anwendung | Maschinen-/Systemintegration | Datenverteilung |
| Architektur | Direkte Systemkommunikation | Broker-basierte Kommunikation |
Kombination von OPC UA und MQTT
Entwurf der Kommunikationsschicht
GPLG installiert nicht einfach nur ein Protokoll. Wir prüfen zunächst die wesentlichen architektonischen Anforderungen, bevor wir die entsprechende Kommunikationsinfrastruktur entwerfen:
Integration von OPC UA in industrielle Systeme
GPLG setzt OPC-UA-Kommunikation im Rahmen von Maschinen- und Automatisierungsintegrationsprojekten um. Je nach Anlagenausstattung kann die Integrationsarchitektur die folgenden Schlüsselkomponenten und Durchführungsphasen umfassen:
Implementierung von MQTT in industriellen Umgebungen
Zu den MQTT-Implementierungen gehören in der Regel:
Geräte oder Anwendungen, die Informationen veröffentlichen.
Die zentrale Komponente, die für den Empfang und die Weiterleitung von Nachrichten zuständig ist.
Anwendungen oder Systeme, die bestimmte Informationen empfangen.
Themen
Logische Kanäle zur Organisation industrieller Nachrichten.
factory/line01/machine03/temperature
factory/line01/machine03/production
factory/line01/machine03/alarm
Diese Struktur ermöglicht die Verteilung von Informationen, ohne dass einzelne Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen jedem einzelnen System hergestellt werden müssen.
Vom Maschinensignal zur Softwareanwendung
Industrielle Kommunikation für bestehende Maschinen
In vielen Produktionsumgebungen kommen Geräte verschiedener Hersteller und aus unterschiedlichen Generationen zum Einsatz.
Eine Maschine muss nicht unbedingt ausgetauscht werden, nur weil sie moderne Kommunikationstechnologien nicht unterstützt.
GPLG kann bestehende Anlagen begutachten und ermitteln, wie Informationen daraus gewonnen und in eine moderne Kommunikationsarchitektur integriert werden können.
Anbindung von SPS-Systemen an übergeordnete Anwendungen
OPC UA bietet eine strukturierte Kommunikationsschicht zwischen SPS-gesteuerten Geräten und übergeordneten Softwareplattformen.
Industrielle Überwachung und Datenaustausch
OPC UA bildet das zentrale Kommunikationsrückgrat, das Industriemaschinen direkt mit der Leitsystem-Software verbindet.
Anbindung industrieller Daten an IoT-Architekturen
MQTT ist besonders nützlich, wenn industrielle Informationen effizient auf mehrere Software- oder IoT-Komponenten verteilt werden müssen.
Die industrielle Kommunikation muss sicher konzipiert sein
Bei der industriellen Vernetzung muss mehr berücksichtigt werden als nur die Frage, ob Daten ausgetauscht werden können. GPLG berücksichtigt wichtige architektonische und betriebliche Faktoren, um eine sichere Umsetzung zu gewährleisten:
- Netzwerksegmentierung — Isolierung kritischer Steuerungsnetzwerke von Unternehmens- und externen Systemen.
- Authentifizierung — Überprüfung der Identitäten aller kommunizierenden Geräte, Broker und Softwaresysteme.
- Zugriffskontrolle — Durchsetzung von Richtlinien zum Prinzip der geringsten Berechtigungen, um die Betriebsfunktionen pro System einzuschränken.
- Verschlüsselung — Schutz sensibler Daten bei der Übertragung und – soweit erforderlich – im Ruhezustand.
- Geräteexposition — Minimierung der Angriffsflächen und Absicherung von Edge-Geräten gegen unbefugten Zugriff.
- Sicherheit bei Brokern — Absicherung zentraler Messaging-Hubs durch strenge Richtlinien und Überwachung.
- Benutzerberechtigungen — Die Beschränkung von Bedienungs- und Verwaltungsvorgängen auf autorisiertes Personal.
- Kommunikationswege — Überprüfung und Absicherung expliziter End-to-End-Datenwege.
- Industrielle Netzwerkarchitektur — Entwurf einer ausfallsicheren Topologie, die für Betriebsumgebungen geeignet ist.
Bevor wir das Protokoll umsetzen
Zunächst bewerten wir die bestehende Umgebung anhand wichtiger betrieblicher Aspekte:
- Vorhandene Ausrüstung — Erfassung der installierten Maschinen, SPSen und Steuerungen.
- Verfügbare Kommunikationsmöglichkeiten — Bewertung der verfügbaren Protokolle und Schnittstellen.
- Datenanforderungen — Festlegung der konkreten Informationen, die ausgetauscht werden müssen.
- Reiseziel — Festlegen, wohin die Daten übertragen werden müssen.
- Leistung — Ermittlung der erforderlichen Austauschgeschwindigkeit und -häufigkeit.
- Architektur — Auswahl zwischen direkten, maklerbasierten, Edge-basierten oder hybriden Modellen.
Industrielle Kommunikation und Integration
Wo wir OPC UA und MQTT einsetzen
Auf die Anwendung zugeschnittene Kommunikation
Wir entscheiden uns nicht einfach deshalb für OPC UA oder MQTT, weil es sich um weit verbreitete Technologien handelt. Die Wahl des Protokolls richtet sich stets nach den tatsächlichen Anforderungen des industriellen Systems.
Vernetzen Sie Ihre industriellen Systeme
Ganz gleich, ob Sie eine SPS an eine Software anbinden, bestehende Maschinen integrieren, eine industrielle IoT-Architektur aufbauen oder Daten zwischen mehreren industriellen Systemen austauschen möchten – GPLG kann die passende Kommunikationsschicht entwerfen und implementieren.