OPC UA in EULYNX

Chancen, Herausforderungen und Erfahrungen aus der Praxis

Mit der zunehmenden Verbreitung von EULYNX gewinnt OPC UA als standardisierte Schnittstelle für Diagnose- und Zustandsdaten ebenfalls an Bedeutung. Doch wie lassen sich die Anforderungen der Spezifikation in der Praxis umsetzen, und welche Herausforderungen ergeben sich bei der Integration in bestehende Systeme? In diesem Beitrag zeigen wir die Rolle von OPC UA im EULYNX-Umfeld und teilen eigene Erfahrungen bezüglich der Implementierung.

Warum gewinnt OPC UA in der Bahnindustrie an Bedeutung? 

EULYNX ist eine europäische Initiative der Infrastrukturbetreiber, die offene, herstellerneutrale Schnittstellen zwischen Stellwerken und Feldelementen (z. B. Weichen, Signalen, Achszählern) standardisiert. Ziel ist Interoperabilität und Modularität, um Komponenten leichter austauschbar zu machen, Kosten und Komplexität über den Lebenszyklus zu senken und Innovation zu beschleunigen.

OPC steht für «Open Platform Communications» und ist ein Kommunikationsstandard für die Industrie 4.0 sowie IoT. Durch OPC wird der Zugriff auf Maschinen, Geräte und andere Systeme im industriellen Umfeld standardisiert und damit ein herstellerunabhängiger Datenaustausch ermöglicht. Die Erweiterung UA «Unified Architecture» bezeichnet die neuste Spezifikation des Standards. Weitere Information zu OPC UA finden Sie in unserem Blogbeitrag OPC UA Server auf einem ARM-Mikrocontroller unter Verwendung verschiedener RTOS 

EULYNX sieht vor, dass Steuergeräte von Feldelementen (Object Controller, OC) ihre Diagnose- und Zustandsdaten an das Maintenance and Data Management Subsystem (MDM) übertragen. Hierfür spezifiziert EULYNX das Standard Diagnostic Interface (SDI), welches OPC UA zur Bereitstellung/Übertragung nutzt.

OPC‑UA‑Informationsmodelle im Rahmen von EULYNX

Ab EULYNX Baseline 4 Release 3 werden die über SDI bereitzustellenden Diagnoseinformationen durch ein OPC-UA-Informationsmodelle definiert. Die Verwendung von Informationsmodellen erlaubt eine semantisch eindeutige Beschreibung der Daten. Diese sind für die standardisierten Objekt- und Telegrammdefinitionen von EULYNX entsprechend gut geeignet. Neben der standardisierten und transparenten Strukturierung der Daten ermöglichen OPC-UA-Informationsmodelle auch eine einheitliche Einbindung  in übergeordnete Diagnose-Systeme zur Weiterverarbeitung.

EULYNX spezifiziert dabei folgende Informationsmodelle:

• SDI-XX Informationsmodell
  Diagnose-Informationen, die von allen Feldelementen unabhängig vom Typ übertragen werden müssen/sollen. Dies sind z.B.  der Status der CPU (cpuHealthStatus) oder die Seriennummer des Gerätes (serialNumber).

• SDI-P/-LS/-IO/-TDS/-LC Informationsmodelle
  Diagnose-Informationen, welche von Feldelementen des jeweiligen Types (Weiche, Lichtsignal usw.) zusätzlich zu den generischen Diagnose-Informationen übertragen werden müssen/sollen. Dies sind z.B. die aktuelle Position der angesteuerten Weiche (position) oder das angezeigte Lichtsymbol (signalVectorCurrent).

Neben den Spezifikationen selbst veröffentlicht EULYNX auch die OPC UA Modelle als XML Nodeset. Diese sollen Lieferanten als Unterstützung dienen, um EULYNX-konforme Feldelemente zu entwickeln.

Chancen und Herausforderungen bei der Implementierung von OPC UA im EULYNX-Kontext

EULYNX hat das Ziel die Schnittstellen zu standardisieren ohne potenzielle Hersteller bez. System-Architektur/eingesetzter Hardware unnötig einzuschränken. Aus diesem Grund beinhaltet das von EULYNX spezifizierte Informationsmodell auch optionale Datenpunkte und lässt für diverse Themen Gestaltungsspielraum. Dies führt anhand unserer Projekterfahrung zu folgenden Chancen und Herausforderungen: 

• Diese  Flexibilität macht es möglich, dass verschiedenste System/Hardware-Plattformen die Anforderungen von EULYNX bez. Diagnose-Informationen erfüllen können. Auf der anderen Seite hat dies zur Folge, dass die effektive Umsetzung der konkreten Informationsmodelle von verschiedenen Herstellern auch unterschiedlich ausfallen kann. Dieser Aspekt muss bei der Entwicklung und/oder Integration sowohl von den Herstellern als auch Bahnen beachtet werden und erhöht den Aufwand / Komplexität des Systems zu Gunsten der Interoperabilität. 

• EULYNX  und damit auch die SDI Spezifikation werden sich mit den kommenden Baselines weiterentwickeln. Neben dem dadurch resultierenden Vorteil einer verbesserten Spezifikation, kann dies potenziell Änderungen an Informationsmodellen, Testfällen oder ggf. sogar Schnittstellen selbst zur Folge haben. Wie langfristig mit verschiedenen Baselines und Releases im Feld umgegangen werden soll und ob/wie auf neuere Releases migriert werden soll muss sauber definiert werden. 

• Ein weiterer Aspekt ist der Ressourcenbedarf in Bezug auf Speicher und Performance der Implementierung. Dieser kann je nach resultierendem Datenmodell und gewählter OPC UA Implementation gross ausfallen. Dies kann je nach beabsichtigter Embedded Hardware eine Herausforderung darstellen. Im Rahmen eins Proof-of-Concepts mit der SBB konnten wir eine SDI-Umsetzung auf bestehender Embedded Hardware Plattformen realisieren und dadurch die Machbarkeit demonstrieren. Weitere Informationen zu unserem PoC und den Feldelementen ist hier zu finden: Referenzbericht SBB - EULYNX Feldelement 

Fazit

OPC UA hat sich innerhalb von EULYNX als zentrale Technologie für die standardisierte Übertragung von Diagnose- und Zustandsdaten etabliert. Die definierten Informationsmodelle schaffen die Grundlage für Interoperabilität, Herstellerunabhängigkeit und eine langfristig nachhaltige Systemarchitektur. Die umfangreichen Modelle führen jedoch auch zu erhöhtem Modellierungs-, Validierungs- und Testaufwand und generell höheren Anforderungen bez. bereitgestellten Diagnose-Informationen.

Für die erfolgreiche und effiziente Umsetzung braucht es darum zwingend eine saubere Spezifikation des Informationsmodells, zugeschnitten auf das eingesetzte/zu entwickelnde System und die anzusteuernden Aussenanlagen, sowie EULYNX und OPC-UA Expertise.

In verschiedenen Projekten konnten wir in allen Phasen des V-Modells Erfahrungen sammeln und unterstützen Sie mit unserer gewonnener EULYNX- und OPC UA Expertise gerne auch bei Ihrem nächsten Vorhaben.