- OPC UA ermöglicht die Konvertierung von Rohdaten in kontextualisierte Informationen über standardisierte Informationsmodelle.
- Die Johan Sverdrup-Anlage produziert 30 % der norwegischen Gesamtproduktion und nutzt OPC UA seit 2015 als Kernkomponente der Digitalisierungsstrategie.
- Equinors OT/IT-Architektur verbindet heterogene Automatisierungsgeräte mit zentralisierten Cloud-Systemen zur effizienten Datenanalyse und Entscheidungsfindung.
- Die offene Veröffentlichung der Informationsmodelle auf GitHub unterstützt die globale OPC UA-Community und fördert die Standardisierung.
OPC UA wurde bei Johan Sverdrup implementiert und hat sich im großtechnischen Einsatz bewährt. Die Anlage wurde 2019 in Betrieb genommen. Dieses Feld allein ist riesig – es produziert 30 % der Gesamtproduktion Norwegens, wobei OPC UA seit 2015 ein zentraler Bestandteil der Digitalisierungsstrategie ist.
Digitalisierung
OPC UA unterstützt systematisch die Kontextualisierung von Daten
João Pinheiro, Senior Technical Team Lead bei Equinor, erklärt: „Die Idee hinter dieser Plattform ist es, von Datensilos und über unsere Wertschöpfungskette hinweg zu einer gemeinsamen Plattform zu gelangen, die alle unsere Daten über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg koordiniert.“
In der Welt datengesteuerter Abläufe, so fährt er fort, „sind Daten ohne Kontext ziemlich nutzlos. Man braucht Kontext, um sicherzustellen, dass Menschen und Maschinen verstehen, was die Daten bedeuten, damit sie genutzt werden können. Wenn man also Daten im Kontext hat, verfügt man über Informationen, die für Analysen und Visualisierungen genutzt werden können.“
Er erklärt weiter, wie die Geschäftsentscheidungen von Equinor auf der Grundlage der aus den kontextualisierten und/oder analysierten Daten gewonnenen Erkenntnisse schneller und besser getroffen werden. All dies bildet die vier Säulen von Equinor für die Verwirklichung datengesteuerter Abläufe: 1) Daten, 2) Kontext, 3) Analyse und Visualisierung und 4) Geschäftsentscheidungen.
OPC UA ist ein Konnektivitätsframework für industrielle Automatisierungsdaten, das von der OPC Foundation verwaltet wird. Es unterstützt systematisch die Kontextualisierung der Daten, die aus den industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen von Equinor verfügbar sind.
Die OT/IT-Architektur von Equinor
OPC UA
Betrachtet man die Architektur der heterogenen OT-Welt und die Konnektivität zur IT-Welt, so sind die physischen Geräte mit Echtzeit-Steuerungen verbunden, die Daten an das zentrale Prozesssteuerungs- und HMI-System senden.
Die Daten werden zu einem IT/OT-Gateway getunnelt, um an Prozesshistorien (IMS) gesendet zu werden, die wiederum an einen IMS Historian Cloud Exporter gesendet werden (Abbildung 2). Vom Cloud Exporter werden die Daten über einen Message Broker oder ein Cloud Gateway zur Speicherung im OMNIA Data Lake weitergeleitet. Die Daten werden auch in der OMNIA Timeseries Database zur Verfügung gestellt, sodass bei einer Anfrage eines Datenverbrauchers (Lieferant, OEM, Anbieter, Partner usw.) auf bestimmte Daten innerhalb von OMNIA ein Ticket erstellt wird, woraufhin das OMNIA-Team eine Timeseries-API vorbereitet, um die Anfrage zu erfüllen.
Ungeachtet des aufgebauten Konnektivitäts-Frameworks sind Daten ohne Kontext dennoch nutzlos. Sensoren können zwar weiterhin Wert, Qualität und Zeitstempel liefern, aber Menschen und Software können nicht wissen, ob die Daten mit einer Pumpe, einem Motor oder einem Ventil in Zusammenhang stehen oder ob der Datenpunkt mit Kohlenwasserstoffen, dem Upstream-/Einlass- oder dem Downstream-/Auslassbereich zusammenhängt. Um diese Fragen zu beantworten, sind zusätzliche Kontextinformationen erforderlich, damit die Sensordaten verwertbar sind.
In Anlagen, die heterogene Automatisierungs- und Steuerungshardware und -software verwenden – was fast jedes Prozess- oder Fabrikszenario beschreibt –, müssen Menschen viel Zeit damit verbringen, inkongruente Daten zu interpretieren, indem sie die Daten zuordnen und transformieren, wenn jeder Anbieter die gleiche Art von Daten in unterschiedlichen anbieter- und systemspezifischen Schnittstellen mit anbieter- und systemspezifischen Informationsmodellen und Semantiken liefert.
„Der leistungsstärkste Game Changer, um Kontext zu erhalten, ist OPC UA. Mit dem OPC UA-Informationsmodellierungsframework kann es Daten in Informationen – Daten im Kontext – umwandeln. Seine Fähigkeit, Informationen über Anbieter und Produkte hinweg mithilfe von OPC UA-Begleitspezifikationen zu standardisieren, führt zu Interoperabilität. OPC UA unterstützt Equinor als offenes, internationales, branchenunabhängiges und sicheres Konnektivitätsframework dabei, kontextbezogene Daten (Informationen) in Echtzeit verfügbar zu machen. Das bedeutet, dass zwei unserer vier Säulen für die Umstellung auf datengesteuerte Prozesse bereits etabliert sind. Um dies jedoch in großem Maßstab und mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen, benötigen wir Interoperabilität. Daher ist es wichtig, dass unsere Anbieter OPC UA implementieren, damit wir die Daten aus unserem [Feld]bereich viel einfacher und schneller in OMNIA übertragen können.
João Pinheiro – Senior Technical Team Lead, Equinor
Definition von Interoperabilität
Interoperabilität bedeutet, dass ähnliche Informationen unabhängig vom Anbieter oder System auf standardisierte Weise organisiert und definiert werden – durch die Vereinbarung gemeinsamer und offener Formate, Informationsmodelle und Konnektivitätsstandards bei gleichzeitig klar definierten und verständlichen Schnittstellen.
Herr Pinheiro betont: „Wir, also die gesamte Branche, müssen uns auf Standard-Informationsmodelle für bestimmte Domänen und Anlagen einigen.“
OPC UA hat sich im groß angelegten Einsatz an Bord der Johan Sverdrup bewährt
OPC UA-Aggregationsarchitektur
Die OPC UA-Bibliothek des Unternehmensmodells enthält alle Vorlagen aller Objekte, Typen und Klassen, die in den verschiedenen Anlagen definiert sind, über die Equinor in seinem gesamten Betrieb verfügt. Die Engineering-Datenbank enthält alle Tag-Namen der Anlagen.
Wenn also die OPC UA-Bibliothek – eine Vorlage, die für JEDES Projekt verwendet werden kann – mit der Engineering-Datenbank zusammengeführt wird, entsteht ein anlagenspezifischer OPC UA Mapper. Das bedeutet, dass Equinor auf Johan Sverdrup alle Typen und Objekte aus der Bibliothek kombiniert und so automatisch allen Geräten Typen zugewiesen hat. Es ist kein manueller Eingriff erforderlich – es handelt sich um einen automatischen Prozess.
Jetzt müssen nur noch die Klassen zugewiesen werden, die die Attribute bereitstellen, die auf den oberen Ebenen der Architektur angezeigt werden sollen. Jeder der Feldsensoren liefert OPC-UA-Daten und ist mit den Aggregationsservern (z. B. IACS-Gateway oder DIG-Servern) verbunden, wo die Daten auf das OT/IT-Gateway repliziert werden.
Sobald die von den Aggregationsservern verfügbaren Daten mit der anlagenspezifischen Struktur kombiniert sind, ist das Informationsmodell vollständig ausgefüllt. Von dort aus wird das Informationsmodell an OPC-UA-Datenkollektoren und Datenarchive gesendet. Die Daten werden über die WEB-Zugriffsanwendung über das Digitalisierungs-Tool jedem zur Verfügung gestellt, der über ein Smartphone, ein Tablet oder einen Computer verfügt.
Die Equinor OPC UA-Vorlagenbibliothek
Einige Kennzahlen
Die Equinor OPC UA-Vorlagenbibliothek besteht aus 50 Objekten, über 90 Klassen und über 920 Attributen. Die gleiche Bibliothek wird für mehrere Anlagen verwendet, darunter auch Projekte im Bereich erneuerbare Energien – es handelt sich also nicht ausschließlich um eine Öl- und Gasbibliothek. Die Visualisierung von Equinor besteht aus über 745 Bildern, die mit den verfügbaren Daten verknüpft sind. Der Tag-Server startete mit über 190.000 Tags, aber seit dem letzten Upgrade hostet er nun fast eine Million Tags!
Die Equinor OPC UA Asset Structure hat über 31.000 Ausrüstungsgegenstände definiert – dies sind die Ausrüstungsgegenstände, auf die zuvor Bezug genommen wurde, als von der automatischen „Typ“-Zuweisung die Rede war. Diese umfassen über eine Million „Elemente“ und „Referenzen“.
Vorteile für Endnutzer
Ungeachtet einer Vielzahl von Vorteilen für Endbenutzer hebt Equinor einige hervor, die mit einer Senkung der Gesamtbetriebskosten zusammenhängen.
Beispielsweise werden Effizienzsteigerungen beim Datenaustausch erzielt, ohne dass eine menschliche Übersetzung erforderlich ist. Die Flexibilität der Gesamtarchitektur wird durch den einfacheren Austausch von Komponenten (Plug & Produce) erhöht, da die Schnittstellen und Informationen bei allen Anbietern identisch sind. Darüber hinaus ist OPC UA für den branchenübergreifenden Einsatz konzipiert, sodass ein Lieferant nahtlos dieselbe Schnittstelle und dasselbe Informationsmodell für eine Vielzahl von Kunden aus verschiedenen Industriezweigen nutzen kann.
In Bezug auf Innovation, Chancen und im Einklang mit dem Ziel von Equinor, ein datengesteuerter Betreiber zu sein, behaupten sie, dass es durch die Nutzung der Absicht hinter OPC UA einfacher und kostengünstiger ist, auf qualitativ hochwertigere, kontextbezogene Daten aus dem Anlagenbetrieb und den industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen zuzugreifen.
Equinor sieht einen verbesserten Zugang zu Innovationen aufgrund breiterer Communities, Ökosysteme und Kompetenzen. Darüber hinaus wird es einen stärkeren Wettbewerb geben, da Eigentümer/Betreiber im Hinblick auf den Geschäftswert und nicht auf die Bindung an einen bestimmten Anbieter konkurrieren müssen.
OPC-Technologie-Community
Offenheit begrüßen und der Community etwas zurückgeben
Equinor nutzt die OPC-Technologie-Community und profitiert von ihr. Durch die Open-Source-Veröffentlichung der Informationsmodelle von Equinor gibt das Unternehmen der Community etwas zurück. Die Informationsbibliothek wird auf GitHub gehostet. Sie steht der globalen Community zur kostenlosen Nutzung zur Verfügung. Equinor ist davon überzeugt, dass Offenheit der Schlüssel zur Akzeptanz ist und dass Offenheit der Geist von OPC UA ist.
Aktuelle und zukünftige Schwerpunkte
Equinor setzt sich für eine breitere Nutzung und Standardisierung von OPC UA-Informationsmodellen ein. Für Anbieter besteht ein enormes Potenzial, ihr Angebot an OPC-Technologien zu erweitern. Darüber hinaus besteht ein großer Bedarf an einer engeren Integration zwischen der Fertigung und Cloud-Anwendungen/-Diensten, um Daten und deren Kontext von OPC UA-Servern verfügbar zu machen und alle Daten für OMNIA zugänglich zu machen.
Darüber hinaus kann durch die Angleichung von AutomationML und OPC UA eine Lücke zwischen Technik und Betrieb geschlossen werden. Equinor sieht Vorteile in der Angleichung internationaler Initiativen wie NAMUR Open Architecture (NOA), NAMUR Module Type Package (MTP), Open Process Automation (OPA) und Plattform Industrie 4.0, zumal jede dieser Initiativen OPC UA als einen von mehreren wichtigen Bausteinen nennt.
Nicht zuletzt wäre es der Wunsch von Equinor, die Endnutzergemeinschaft als „eine Stimme“ zu vereinen und gleichzeitig die Lieferanten mit den Anforderungen der Industrie in Bezug auf OPC UA-Technologien zu konfrontieren.
