So erfassen bayerische Fabriken Messdaten nach OPC UA, HART und DIN-Normen

Das Wichtigste auf einen Blick

HART liefert Messwert und Diagnose über den vorhandenen 4-bis-20-Milliampere-Kreis, HART-IP bringt dieselben Daten ins Ethernet.
OPC UA ist als IEC 62541 genormt und überträgt Wert, Einheit, Messbereich und Status als Informationsmodell.
NAMUR NE 107 beschreibt den Gerätestatus, DIN EN IEC 62443 die Netzsegmentierung, VDI 2770 den Austausch von Betriebsmitteldaten.
Zeitstempel und Qualitätsmerkmal gehören an die Messstelle, nicht in den Historian.

Welche Normen die Schnittstellen festlegen

Ein Verweis auf "die Normen" hilft bei der Planung nicht weiter, weil jede Schnittstelle eine Nummer trägt. Für die Messdatenerfassung zählen fünf Regelwerke:

IEC 62541, OPC UA vom Adressraum bis Publish-Subscribe.
NAMUR NE 107, Statusmerkmale von Feldgeräten.
DIN EN IEC 62443, IT-Sicherheit für Automatisierungssysteme.
VDI/VDE 2650 und VDI 2770, Qualitätssicherung OPC-basierter Schnittstellen und Austausch digitaler Betriebsmitteldaten.
DIN EN 61326-1 und DIN IEC 60770, EMV und Messumformer der Prozessmesstechnik.

Dazu kommt Recht. Anlagen mit Überdruck oder brennbaren Stoffen fallen unter die Betriebssicherheitsverordnung. Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen müssen der Richtlinie 2014/34/EU entsprechen. Pflichten bei abrechnungsrelevanten Durchfluss- und Druckmessgeräten regelt das Mess- und Eichgesetz.

Vom HART-Sensor zum OPC UA Server in fünf Schritten

Vom HART-Sensor zum OPC UA Server

Messstellen aufnehmenTag, Messbereich, Einheit, Kalibrierstand und HART-Revision in ein Verzeichnis eintragen.
Signale einsammeln, am 4-bis-20-Milliampere-Kreis per Multiplexer oder direkt per HART-IP-Gateway im Ethernet.
Gateway als OPC UA Server einrichten und Messwert, Einheit, Messbereich und Status in den Adressraum aufnehmen.
Zeitstempel und Qualitätsmerkmal im Gateway setzen, damit Laufzeiten im Netz den Wert nicht verfälschen.
Historian abonnieren lassen, bei hoher Sensordichte per Publish-Subscribe, Namensräume und Zertifikate dokumentieren.

Vom Sensor zur Leittechnik

Messumformer liefert Wert und Diagnose
Multiplexer oder HART-IP-Gateway bündelt Geräte
Gateway stellt OPC-UA-Server bereit
Leitsystem abonniert die Werte
Zeitstempel und Qualität mitspeichern

Die HART-Übertragung auf dem Stromkreis arbeitet mit 1200 Bit pro Sekunde, für schnelle Regelkreise reicht das nicht. HART bleibt die Brücke für den Bestand.

Was die HART-Nachrüstung kostet

Die Hauptkosten entstehen nicht am Sensor, sondern im Engineering. Bezeichner, Einheiten und Grenzwerte müssen vor der ersten Linie stehen, sonst wird jede spätere Auswertung nachgearbeitet.

Beispielrechnung mit eigenen Annahmen, keine Angebotspreise, Nettowerte zuzüglich 19 % MwSt. Zwei HART-IP-Gateways zu je 1.800 Euro ergeben 3.600 Euro, zwölf Personentage Engineering zu je 900 Euro ergeben 10.800 Euro, acht Personentage Inbetriebnahme zu je 750 Euro ergeben 6.000 Euro.

Zusammen 20.400 Euro netto, also rund 24.300 Euro inklusive 19 % MwSt. Bei 60 nachgerüsteten Messstellen sind das etwa 340 Euro netto je Messstelle.

München und Nürnberg: zwei Ausgangslagen

München

Branchen: Fahrzeugbau, Elektronik, Pharma
Gerätebestand: modern, teils Feldbus
Anbindung: OPC UA direkt aus der Steuerung
Netzstruktur: getrennte Zonen, zentrale IT
Schwerpunkt: Datenmodell und Historian

Nürnberg

Branchen: Maschinenbau, Zulieferer
Gerätebestand: heterogen, viele HART-Geräte
Anbindung: HART-IP-Gateway als Brücke
Netzstruktur: gewachsene Netze, schrittweise Trennung
Schwerpunkt: Nachrüstung und Diagnose

In München prägen Standorte wie das BMW Group Werk München sowie Elektronik- und Pharmafertigung das Bild. Bezeichner, Einheiten und Grenzwerte werden dort vor der ersten Linie festgelegt, der Historian abonniert die Werte, die Chargendokumentation greift auf dieselben Daten zu.

In Nürnberg und dem Umland dominieren Maschinenbau und Zulieferer, etwa das MAN-Werk. Ein HART-IP-Gateway bündelt dort die Diagnosedaten von Pressen und Bearbeitungszentren und stellt sie über OPC UA bereit, Gerätefehler werden vor der turnusmäßigen Prüfung sichtbar.

Zeitstempel, Datenqualität und Rückverfolgbarkeit

Der Zeitstempel gehört an die Messstelle. Entsteht er erst im Leitsystem, verschieben Laufzeiten im Netz den Wert. OPC UA überträgt Qualitätsmerkmale mit, NAMUR NE 107 ordnet den Gerätestatus ein.

Für Nachweise müssen Geräteidentifikation, Kalibrierstatus und Messzeitpunkt zusammen gespeichert werden. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt und die Deutsche Akkreditierungsstelle setzen dafür in Deutschland den Rahmen.

Prüfliste für die eigene Anlage:

Bezeichner, Einheit und Messbereich je Messstelle festgelegt
Zeitstempel an der Quelle gesetzt
Qualitätsmerkmal und NE-107-Status mitgespeichert
Firmware- und Kalibrierstand je Gerät erfasst
Namensräume, Zertifikate und Zugriffsrechte dokumentiert

Häufige Fragen

Wie kommt ein HART-Sensor in ein OPC UA System?

Über einen HART-Multiplexer am Stromkreis oder ein HART-IP-Gateway. Das Gateway stellt die Werte als OPC UA Server bereit, der Historian abonniert sie.

Warum reicht HART für schnelle Regelkreise nicht?

Die Übertragung auf dem Stromkreis arbeitet mit 1200 Bit pro Sekunde. Für schnelle Regelkreise bleiben Feldbus und Industrial Ethernet die Wahl.

Was kostet die Nachrüstung?

Nach der Beispielrechnung rund 340 Euro netto je Messstelle bei 60 Messstellen. Den größten Anteil hat das Engineering für Bezeichner und Informationsmodell.

Wer prüft Kalibrierung und Rückverfolgbarkeit?

In Deutschland die Physikalisch-Technische Bundesanstalt und akkreditierte Kalibrierlaboratorien der Deutschen Akkreditierungsstelle nach ISO/IEC 17025. Bei eichpflichtigen Geräten gelten zusätzlich die Vorgaben des Mess- und Eichgesetzes.