OPC UA

Was ist OPC UA?

OPC UA steht für Open Platform Communications Unified Architecture. Es ist ein maschinenlesbares Kommunikationsprotokoll für den industriellen Datenaustausch, das von der OPC Foundation entwickelt und gepflegt wird. Der Ursprung liegt in OPC Classic (ursprünglich „OLE for Process Control"), einer von fünf Automatisierungsherstellern — Fisher-Rosemount, Rockwell Automation, Opto 22, Intellution und Intuitive Technology — 1994 gegründeten Task Force, die im August 1996 die erste OPC-Spezifikation veröffentlichte. OPC Classic basierte auf Microsofts COM/DCOM und war damit an Windows gebunden. OPC UA wurde als plattformunabhängiger Nachfolger konzipiert, 2006 erstmals veröffentlicht und 2009 in Version 1.01 vollständig freigegeben.

Welches Problem löst es?

Vor OPC UA existierten für jeden Aspekt des industriellen Datenaustauschs separate Standards: OPC DA (Data Access), OPC AE (Alarms & Events), OPC HDA (Historical Data Access). Jeder setzte Windows voraus. OPC UA vereinheitlicht all diese Funktionen in einem einzigen, betriebssystemunabhängigen Framework und fügt integrierte Sicherheit, strukturierte Informationsmodellierung und Unterstützung für mehrere Transportprotokolle hinzu. Das Ergebnis: ein einziges Protokoll verbindet SPS, SCADA-Systeme, MES, Cloud-Plattformen und Edge-Geräte herstellerübergreifend.

Architektur und Kommunikationsmodell

OPC UA definiert einen Adressraum als gerichteten Graphen von Knoten und Referenzen. Acht Knotenklassen existieren: Object, Variable, Method, ObjectType, VariableType, ReferenceType, DataType und View. Dieses Informationsmodell ist vergleichbar mit objektorientierter Programmierung — Typen können vererbt, Instanzen mit Methoden und Variablen versehen werden.

Zwei Kommunikationsmodelle werden unterstützt. Das Client/Server-Modell nutzt TCP-Binärverbindungen (Standardport 4840) oder HTTPS. Das seit Version 1.04 verfügbare Publish/Subscribe-Modell (Pub/Sub) unterstützt zusätzlich MQTT, AMQP, UDP-Multicast und Ethernet Layer 2. Die Sicherheitsschicht verwendet X.509-Zertifikate für Authentifizierung, AES-Verschlüsselung für Vertraulichkeit und Prüfsummen für Integrität.

Versionen

Die Spezifikation ist als IEC 62541 international normiert und umfasst über 20 Teile. Zentrale Versionsschritte:

• Version 1.01 (2009) — Erstveröffentlichung der Teile 1–8; Client/Server, Binärkodierung, Discovery, Sicherheit.
• Version 1.04 (2017) — Einführung von Pub/Sub (Teil 14), Unterstützung für MQTT, AMQP und UDP als Transportschichten, neue Sicherheitsrichtlinien.
• Version 1.05 (2021) — Umstrukturierung der Konformitätsprofile, feingranulare ConformanceUnits, Adressraum-Erweiterungen (IRDI/URI-Wörterbucheinträge, Interfaces, Event-Typen), Global Discovery Server (GDS, Teil 12), rollenbasierte Sicherheit (Teil 18).

Companion Specifications erweitern das Kerninformationsmodell für spezifische Domänen — etwa Robotik, Werkzeugmaschinen (UMATI), PackML und Bildverarbeitung.

Einsatzgebiete

OPC UA ist das Standardprotokoll in der diskreten Fertigung, der Prozessindustrie und der Gebäudeautomation. Typische Einsatzfälle: vertikale Datenintegration von SPS zu MES und ERP, Brownfield-Anbindung heterogener Maschinenparks, IIoT-Edge-to-Cloud-Pipelines und standardisierte Maschinenschnittstellen (z. B. UMATI für Werkzeugmaschinen). Die OPC Foundation zählt über 950 Mitgliedsunternehmen, darunter Siemens, Beckhoff, Bosch Rexroth und Rockwell.

Bezug zu TIAL

In der TIAL-Architektur ist OPC UA einer der Zielprotokolle der Adapter-Schicht. Wenn ein KI-Modell eine industrielle Aktion vorschlägt — etwa einen Sollwert-Schreibvorgang auf eine SPS-Variable — übersetzt TIAL diesen Vorschlag in ein validiertes, signiertes Industrial-Action-Objekt. Nach menschlicher Freigabe dispatcht ein OPC UA Adapter diese Aktion als konformen OPC UA Write- oder Method-Call an den Zielserver. Der vollständige Audit-Trail — vom KI-Vorschlag über die Freigabe bis zur Bestätigung des OPC UA Servers — wird im TIAL Audit Event festgehalten.