Entwicklung eines OPC UA Servers für eine NC-Maschine

Abstract

Der Einsatz von semantischen Kommunikationstechnologien in der Fertigung würde das Einrichten von -Machine-to-Machine--Kommunikationen erleichtern und somit auch die Flexibilität und Erweiterbarkeit von Fertigungssystemen steigern. Flexible Fertigungszellen werden heute aber meist als Komplettpaket von Maschinenherstellern oder Systemintegratoren für eine bestimmte Art von Produktion angeboten bzw. parametrisiert und lassen sich nur mit viel Aufwand rekonfigurieren. Die Kommunikation zwischen den Komponenten einer Fertigungszelle basiert heute noch immer auf binären Ein- und Ausgängen von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) oder auf (proprietären) Bussystemen, und wird von der SPS einer Maschine oder von einem Kommunikationsmodul eines Leitrechners gesteuert. -OPC Unified Architecture- (OPC UA) ist eine vielversprechende standardisierte Spezifikation für die Kommunikation in der modernen Automationstechnik. Sie ist die aktuellste Spezifikation der -OPC Foundation-, und zeichnet sich durch ihre Plattformunabhängigkeit, Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit aus. Das Besondere an dieser Kommunikationstechnologie ist, dass der Server Daten und Dienste samt ihrer Bedeutung - also semantisch - präsentiert. Mittlerweile existieren auch einige Software Development Kits (SDKs), die eine bequeme Programmierung von OPC UA Applikationen ermöglichen. Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines OPC UA Servers für die Drehmaschine -Emco Concept Turn 55-, die als Komponente einer flexiblen Fertigungszelle eingesetzt werden soll. Der Server soll einem Zellrechner (OPC UA Client) Dienste und Informationen der Drehmaschine anbieten, die vor allem für die Orchestrierung des automatisierten Betriebs der Fertigungszelle relevant sind. Um einen automatischen Ablauf in der Zelle zu veranschaulichen, wurde auch ein bestehender OPC UA Client um eine einfache Ablaufsteuerung erweitert. Für diese Entwicklung wurden SDKs von -Unified Automation- verwendet.

Using semantic communication technologies in production environments would facilitate setting up machine-to-machine communication and would consequently improve the flexibility and expandability of manufacturing systems. Today, flexible manufacturing cells are usually preconfigured, often available commercially off-the-shelf for a specific type of processing. Therefore a lot of effort and specialized knowledge is required for their reconfiguration. Communication between the components of a manufacturing cell is still mostly based on binary input and outputs of a programmable logic controller (PLC) or (proprietary) bus systems. Hence the communication is controlled by the PLC of a machine or by an I/O-module of a central computer supervising the cell. OPC Unified Architecture (OPC UA) is a promising standardized specification for communication in the field of modern automation technologies. It is the most recent specification by the OPC Foundation, and stands out due to its platform-independence, scalability and extensibility. What makes OPC UA unique as a communication technology is its powerful capability of exposing semantics of provided data. In other words, the server can present data and services highly enriched with their meanings. By now, several software development kits (SDKs) exist, that facilitate easy programming of OPC UA applications. In this thesis the development of an OPC UA Server for the lathe -Emco Concept Turn 55- is described. The lathe is planned to be used as a component of a flexible manufacturing cell. The server should therefore offer specific services and information to the cell controller, hence enabling the cell controller to orchestrate the automatic operation of tasks on the lathe. An existing OPC UA Client was also extended with a simple sequence control to demonstrate automatic operation of the cell using OPC UA communication. For this development, SDKs provided by -Unified Automation- were used.