OPC-UA Server Integration
OPC-UA Server anbinden, Edge Gateway, MQTT UNS Pipeline, MTP fur Prozessindustrie, ISA-95
Overview
Maschinen in der Fertigung stellen ihre Daten per OPC-UA Server bereit — jede CNC, jeder Roboter, jede SPS hat einen eingebauten OPC-UA Server, der Prozesswerte, Zustande und Alarme exponiert. OpenShopFloor verbindet sich mit diesen OPC-UA Servern und bringt die Daten in die Plattform: in den Knowledge Graph, in die Historian Time-Series DB und in den Unified Namespace (MQTT).
OPC-UA Server auf Maschinen
Ein OPC-UA Server ist ein Dienst, der direkt auf der Maschine (SPS, CNC-Steuerung, Roboter-Controller) lauft. Er stellt einen Address Space bereit — eine hierarchische Struktur mit:
- Variablen (Tags) — Echtzeitwerte wie Spindeldrehzahl, Temperatur, Vorschub, Stuckzahl, OEE. Jeder Tag hat eine
NodeId, einen Datentyp und eine Engineering Unit. - Objekte — Hierarchische Gruppierung: Maschine → Achsen → Spindel → Drehzahl. Folgt dem ISA-95 Equipment Model.
- Methoden — Aufrufbare Funktionen auf der Maschine, z.B. Programm starten, Werkzeug wechseln, Reset.
- Events & Alarme — Storungen, Warnungen, Zustandswechsel. OPC-UA Alarms & Conditions (A&C).
Typische OPC-UA Server in der Fertigung
| Maschine | OPC-UA Server | Typische Tags |
|---|---|---|
| CNC-Frasmaschine | Siemens SINUMERIK, Fanuc, Heidenhain | SpindleSpeed, FeedRate, ToolId, ProgramName, PartsCount |
| Spritzgussmaschine | EUROMAP 77/83 (OPC-UA Companion Spec) | CavityPressure, MeltTemp, CycleTime, ShotWeight, MoldTemp |
| Roboter | KUKA, ABB, Fanuc (OPC-UA Robotics CS) | JointPositions, TCP_Speed, ProgramState, CycleCount |
| SPS / PLC | Siemens S7 (OPC-UA), Beckhoff TwinCAT, Codesys | Temperatur, Druck, Durchfluss, Ventilstellung, Status |
| Montagelinie | PackML State Machine (OPC-UA) | CurrentState, StationOEE, TaktTime, ScrapCount |
Daten-Pipeline: OPC-UA → MQTT → OpenShopFloor
Der Standardweg: Ein Edge Gateway liest die OPC-UA Tags per Subscription und publiziert die Werte auf den MQTT Broker im ISA-95 UNS-Topic-Format:
Factory/{Machine}/{Order}/{Step}/{Category}/{Variable}. Der KG Agent parst diese Topics automatisch und erstellt Maschinen- und Sensor-Knoten im Knowledge Graph.Edge Gateway Optionen
OPC-UA im Knowledge Graph
Der KG Builder kennt opcua als Source-Typ. OPC-UA Mappings definieren, welche Server und Tags zu welchen KG-Knoten werden:
MTP (VDI 2658) fur Prozessindustrie
In der Prozessindustrie (Pharma, Chemie) beschreiben sich modulare Anlagenteile per Module Type Package (MTP). Ein MTP-File ist ein AutomationML/CAEX XML-Dokument mit:
- Process Equipment Assemblies (PEAs) — Physische Module wie Reaktoren, Dosieranlagen, Separatoren. Jedes PEA hat einen eigenen OPC-UA Server.
- Services — Ausfuhrbare Operationen mit Zustandsmaschinen: Start, Pause, Abort, Complete.
- Prozessvariablen — Jede Variable hat einen
opcuaNodeIdfur direkten Zugriff auf den OPC-UA Server des Moduls.
OpenShopFloor parst diese MTP-Files und erstellt daraus automatisch Knoten im Knowledge Graph: Equipment → Service → Variable. Der OPC-UA Endpoint wird gespeichert fur spatere direkte Kommunikation.
MTP → KG Mapping
| MTP Element | KG Knoten | KG Beziehungen |
|---|---|---|
| PEA (Reaktor, Dosierer) | Equipment | CONTAINS → Service, HAS_VARIABLE → Variable |
| Service + Prozeduren | Service | HAS_PROCEDURE → Procedure |
| Prozessvariable | Variable | opcuaNodeId → direkter OPC-UA Tag-Zugriff |
CESMII Smart Manufacturing Profiles
CESMII SM Profiles definieren standardisierte Typen fur Fertigungsequipment im OPC-UA NodeSet XML Format. Der Parser extrahiert:
- Typ-Hierarchien — z.B.
CNCMachineerbt vonMachine - Attribute — Datentypen und Units pro Equipment-Typ
- Beziehungen — HasProperty, HasComponent zwischen Typen
SM Profiles werden als Schema-Hints fur den KG Builder verwendet: sie definieren, welche Knoten-Typen und Properties der Graph haben soll.
Domain Templates
Jede Industrie hat andere OPC-UA Server, andere Standards und andere Anforderungen. OpenShopFloor liefert vorkonfigurierte Templates:
Roadmap
Geplante OPC-UA Features:
- OPC-UA Discovery Agent — Automatisch OPC-UA Server im Netzwerk finden, Address Space browsen, Tags auf MQTT UNS Topics mappen, Maschinen im KG registrieren.
- Direkte Tag Subscription — OPC-UA Subscriptions ohne MQTT-Umweg fur Hochfrequenz-Daten (Schwingungsanalyse, Werkzeugbrucherkennung).
- OPC-UA Method Calls — Uber den KG Maschinenoperationen auslosen: Programm starten, Parameter setzen, Werkzeugwechsel initiieren.
- PackML State Machine — PackML-Zustande (Execute, Idle, Stopped, Aborted) als KG-Knoten fur Echtzeit-Equipment-Tracking.
- Alarms & Conditions — OPC-UA A&C Events als Alarm-Knoten im KG fur AI-gestutzte Root-Cause-Analyse.