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Automatisierte, zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von industriellen Bauteilen über OPC UA am Beispiel der 3MA Prüftechnik

 
: Varmaz, Dino
: Schäfer, Jürgen; Straß, Benjamin; Leinenbach, Frank

Saarbrücken, 2021, 190 pp.
Saarbrücken, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Master Thesis, 2021
German
Master Thesis
Fraunhofer IZFP ()
OPC UA; Kommunikationssystem; Roboterapplikation; automatisierte Prüfung; 3MA

Abstract
Zu Beginn wurde der Terminus „OPC UA“ genauer definiert und die damit verbundenen Grundlagen expliziter erörtert. Im Anschluss wurden verschiedenste Lösungsansätze der OPC UA-Anwendungsentwicklung aufgezeigt. Von der Programmierung eines OPC UAServers in Java, über die Inbetriebnahme von OPC UA-Schnittstellen auf einer SPS bis hin zur Anbindung verschiedenster Hard,- und Softwarekomponenten an das Gesamtsystem. Zusätzlich dazu wurde auf die Inbetriebnahme eines HMI und auf die Programmierung einer Roboteranwendung eingegangen. Zielsetzung war, ein Kommunikationssystem zu entwickeln, welches einen geräteübergreifenden Informationsaustausch gewährleisten kann. Aus dem eine automatisierte und geräteübergreifende Steuerung resultiert. Zunächst wurde der erste Lösungsansatz mit OPC UA als alleinige Kommunikationsschnittstelle verfolgt. Hierbei war das Ziel, ein OPC UA-Server auf Basis von Java in die Entwicklungsumgebung des kollaborativen Roboters zu implementieren. Die Ausführbarkeit und Erstellung des Servers konnte gewährleistet werden, jedoch war die Implementierung des Programmcodes aus Zeitgründen nicht erfolgreich. Demnach wurde ein alternativer Lösungsweg angestrebt. Hierbei wurde das System um eine zusätzliche SPS erweitert, welche einen PROFINET-Gateway zwischen kollaborativem Roboter und der Steuerungsebene darstellt. In Anlehnung an dieses Lösungskonzept wurde eine OPC UA-Kommunikationsstruktur mit zusätzlichem PROFINET-Gateway ausgearbeitet. Über einen HMI (Node-RED und Lab- View) werden Befehle mittels eines OPC UA-Clients an den OPC UA-Server der Steuerung (Siemens SPS) gesendet. Dort werden diese verarbeitet und mit einem integrierten OPC UA-Client an die angebundene zweite SPS weitergeleitet, welche als Gateway zum kollaborativen Roboter fungiert. Ein Roboterprogramm (Java) interpretiert diese Daten und führt die dafür entsprechenden Programmzeilen aus, welche den Manipulator an eine zu messende Position führt. Nach Erreichen dieser Messpostion wird ein Positionsupdate über den Gateway an die Steuerungsebene gesendet, wo anschließend Programmalgorithmen diese Information verarbeiten, um im Anschluss über einen weiteren OPC UA-Kommunikationskanal das 3MA-Prüfsystem anzusteuern. Mittels dieser Ansteuerung wird eine 3MA-Messung an der zuvor erreichten Messposition vorgenommen. Der nächste Schritt steht in Abhängigkeit zum gewählten Messmodus auf dem HMI. Hat sich der Nutzer für eine manuelle Messung entschieden, empfängt der HMI den aktuellen Status, sodass die nächste Postion auf Befehl angefahren werden kann. Im Gegensatz dazu steht die automatische Messung, mit der über einen Startbefehl (HMI), alle Postionen automatisch angefahren und gemessen werden. Das Kommunikationssystem bietet trotz voller Funktionsfähigkeit Spielraum für Adaptionen. Bezogen auf eine Ausweitung der Kommunikationsstruktur auf weitere Automatisierungsebenen, wäre eine Erweiterung der OPC UA-Sicherheitsmaßnahmen sowie die Hinzunahme von Benutzerauthentifizierungen ratsam, da ansonsten das System ungeschützt vor Hacker- Angriffen agiert. Wie bereits erwähnt ließ sich der erste Lösungsansatz nicht realisieren. Mit Blick auf kommende OPC UA-Projekte bietet diese Arbeit und die dabei gewonnenen Erkenntnisse einen Anstoß zur Vollendung dieses Lösungsansatzes, um die Implementierung eines OPC UA-Servers auf Basis von Java in die Entwicklungsumgebung eines kollaborativen Roboters zu integrieren. Des Weiteren stellt diese Arbeit einen Leitfaden für weitere zu automatisierende Verfahren mit OPC UA bereit.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-634735.html