Kunststoff und Spritzgießen

Wie läuft ein Projekt zur EUROMAP OPC UA Integration für Spritzgießmaschinen ab?

Bei der EUROMAP OPC UA Integration für Spritzgießmaschinen entwickeln wir die Datenschnittstellen von Zellen mit Kunststoff- und Gummimaschinen.

Unsere Kunden sind die Maschinenhersteller, Integratoren und MES-Anbieter, deren Produkte diese Zellen bilden. Maschine, Werksbeziehung und die Software, die Ihr Kunde gekauft hat, bleiben bei Ihnen; wir übernehmen die Schnittstellenebene:

• Schnittstellen EUROMAP 77 (Maschine zu MES) und EUROMAP 79 (Roboter), in die Maschine eingebaut oder bei der Integration genutzt
• den Rest der Zelle, abgebildet in einen OPC-UA-Adressraum, sodass das MES die Zelle als Ganzes sieht
• einen Gateway-Weg zu OPC UA für installierte Maschinen, die Daten noch als Dateien austauschen
• einen aggregierenden Server oder ein Gateway, wenn ein ERP oder eine Berichtsebene der Gruppe viele Maschinen gleichzeitig abonnieren muss
• Schulung Ihrer Ingenieure in OPC UA und Informationsmodellierung, gemeinsamer Aufbau der ersten Umsetzung und danach Third-Level-Support als Ergänzung zu ihrem First-Level-Support

Zellen in der Halle eines Spritzgießers installieren wir nicht und nehmen sie nicht in Betrieb. Muss die Schnittstelle integriert und getestet werden, arbeitet unser Team mit Ihren Ingenieuren, während Integration und Test vor Ort, danach remote. Die Seite zur Zusammenarbeit beschreibt die Formen der Zusammenarbeit und wie sie abgerechnet werden.

Woran die Anbindung beim Spritzgießen scheitert, ist selten die Spritzgießmaschine. Eine Zelle besteht aus der Technik von vier Lieferanten und zwei Schnittstellengenerationen, und das MES wurde gegen eine saubere Fassung von keiner der beiden spezifiziert.

Was änderte sich mit dem Wechsel von EUROMAP vom Dateiaustausch zu OPC UA?

EUROMAP 63 tauscht Dateien über ein gemeinsames Verzeichnis aus; EUROMAP 77 ist ein laufend aktuelles OPC-UA-Modell.

Die Maschine schreibt Dateien, etwas anderes liest sie, und für Schichtberichte reicht das. Für eine Überwachung je Zyklus oder für eine Reaktion auf ein Ereignis, während der Zyklus noch läuft, war es nie gebaut. EUROMAP 77 liefert in Release 1.01 ein laufend aktuelles OPC-UA-Informationsmodell der Maschine, das das MES durchsuchen und abonnieren kann. Der Zellenzustand kommt als strukturierte Daten mit Zeitstempel und nicht als ausgewertete Datei, Parameter je Zyklus werden sichtbar, und ereignisgesteuerte Reaktionen werden möglich. In der Praxis heißt das: Eine neue Integration ist kein Einzelstück-Parser mehr. Auch deshalb ist es bei installierten Maschinen mit EUROMAP 63 besser, ein Gateway davorzusetzen, als sie zu ersetzen.

Wie OPC UA und die EUROMAP-Spezifikationen als Grammatik und Vokabular zusammenpassen, zeigt der Abschnitt Was sind die EUROMAP-Spezifikationen?.

Was sind die EUROMAP-Spezifikationen?

EUROMAP-Spezifikationen sind OPC UA Companion Specifications, gemeinsam mit der OPC Foundation veröffentlicht.

OPC UA selbst (IEC 62541) liefert Adressraum, Typsystem und Dienste; eine Companion Specification liefert das Vokabular für eine Maschinenart. So beschreiben sich die Spritzgießmaschinen zweier Hersteller auf dieselbe Weise, und ein MES kann beide ohne eigene Abbildung nutzen. Innerhalb der Familie gilt:

• EUROMAP 83 enthält die allgemeinen Typdefinitionen, auf denen die anderen aufbauen.
• EUROMAP 77 behandelt die Schnittstelle von der Maschine zum MES.
• EUROMAP 79 behandelt die Beziehung zu Roboter und Handhabungsgerät.
• Die Reihe EUROMAP 82 behandelt die Peripheriegeräte rund um die Zelle.
• Die Reihe EUROMAP 84 behandelt Extrusionslinien.

Zu wissen, welche Spezifikation welchen Teil einer Zelle abdeckt, ist der größte Teil des Gesprächs über den Umfang. Eine Lücke in dieser Zuordnung ist genau die Stelle, an der am Ende eine eigene Schnittstelle geschrieben wird.

Bei welchen Teilen der Arbeit können Sie unterstützen?

Bei jeder der Schnittstellen rund um die Zelle: der Maschine selbst, der Peripherie, einer installierten Maschine mit EUROMAP 63.

• Eine Schnittstelle nach Companion Specification. An Ihrer Maschine. Ein OPC-UA-Server im Produkt, modelliert nach EUROMAP 77 auf den Typen von EUROMAP 83, sodass die Maschine schon beim Eintreffen spricht, was das MES erwartet.
• Herstellerübergreifende Integration. Dieselbe Modellierungsarbeit von der anderen Seite, wenn ein gemischter Maschinenbestand nach oben eine einzige Schnittstelle zeigen soll.
• Die Zelle um die Maschine. Roboter, Trockner, Temperierung und Materialfluss in einem Adressraum.
• Eine installierte Maschine mit EUROMAP 63. Ein Gateway-Weg zu OPC UA, ohne die Steuerung zu berühren.
• Ein ERP, viele Maschinen. Ein aggregierender Endpunkt, keine Integration je Maschine.
• Aufbau Ihres Teams. Ihre eigenen Ingenieure werden eingearbeitet: Schulung in OPC UA und Informationsmodellierung, dann gemeinsamer Aufbau der ersten Umsetzung mit Ihrem Team.

Wie kommt das Informationsmodell auf die Maschine?

Wir bauen es auf einem Open-Source-Stack, nach der Companion Specification.

Danach wird es in die Maschine integriert, damit sich Zielsysteme anderer Anbieter darauf verlassen können. Ein Beispiel: Unser Team hat ein OPC-UA-Informationsmodell für eine Kunststoff- und Gummimaschine auf open62541 gebaut, dem von OSADL unterstützten Open-Source-Stack für OPC UA, und es so auf der Maschine integriert, dass die Zielsysteme anderer Anbieter beim Kunden, darunter ein MES, verlässlich Daten abrufen konnten. Der Auftrag kam gemeinsam vom Maschinenhersteller und vom Werk, das die Maschine betreibt. So ist es meist, wenn eine Schnittstelle sowohl dem Hersteller als auch dem Softwarelieferanten seines Kunden genügen muss. Unser Team hat außerdem mit unseren eigenen Modellierungswerkzeugen ein Robotermodell nach EUROMAP 79 erstellt, das für andere Nutzer als Ausgangspunkt veröffentlicht ist. EUROMAP 79 hat noch den Status eines Release Candidate, und das ist wichtig, bevor sich ein Projekt darauf festlegt.

Wie kommt der Rest der Zelle auf eine Schnittstelle?

Die Companion Specifications decken das meiste ab, ein Gateway den Rest.

Eine Spritzgießzelle besteht aus der Maschine, einem Roboter, einem Trockner, der Temperierung und oft dem Materialfluss, jeweils mit eigenem Protokoll und eigener Vorstellung davon, was ein Zyklus ist.

• EUROMAP 79 deckt die Beziehung zum Roboter direkt ab.
• Die Reihe EUROMAP 82 deckt die Peripheriegeräte ab.
• Alles, was keine Companion Specification erreicht, wird über ein Gateway in denselben OPC-UA-Adressraum abgebildet.

Das MES sieht dann eine Zelle statt mehrerer Geräte, die es selbst korrelieren müsste.

Wie halten Sie den Datenpfad aus dem Regelkreis heraus?

Die Datenerfassung liegt neben dem Regelkreis und liest Zustände, die die Steuerung ohnehin erzeugt.

Der Regelkreis der Maschine bleibt unberührt. Der Erfassungspfad veröffentlicht nach eigenem Zeitplan und schiebt sich nie in den zykluskritischen Pfad. Diese Trennung erlaubt es, Überwachung, MES-Anbindung und spätere Analysen zu einer laufenden Zelle hinzuzufügen, ohne das Zeitverhalten der Maschine neu zu validieren.

Wie abonniert ein ERP Maschinen in mehreren Werken?

Ein Endpunkt bedient alle, eine Integration je Maschine entfällt.

Dafür gibt es zwei Wege:

• Ein aggregierender OPC-UA-Server arbeitet als Client der OPC-UA-Server der Maschinen und stellt deren Knoten in einem einzigen Adressraum bereit. Das ist die richtige Wahl, sobald die Maschinen OPC UA nativ sprechen.
• Ein aggregierendes Gateway erledigt dieselbe Aufgabe, setzt aber vorher um. Das braucht ein gemischter Bestand, solange noch Maschinen mit EUROMAP 63 darin sind.

In der Praxis hat eine Kunststoffgruppe beides, und das Gateway speist den Adressraum des Servers. Unser Team hat zentrale OPC-UA-Gateways dieser Art gebaut, über die ein entferntes Unternehmenssystem mehrere Maschinen gleichzeitig abonniert, ohne dass jede einzeln angebunden wird. Über Standorte hinweg ist die Modellierung die leichtere Hälfte. Schwieriger sind Transport und Segmentierung: über welches Netz das Abonnement läuft, was an jeder Standortgrenze sichtbar ist und wie der Pfad von allem getrennt bleibt, wovon die Zellen abhängen. Das ist dieselbe Disziplin wie die oben beschriebene Trennung von Steuerung und Daten, angewandt an der Werksgrenze statt an der Maschine.