Maschinendaten erfassen: OPC UA, MQTT und der Weg ins ERP

Maschinendaten sind die Werte, die eine Anlage im Betrieb ohnehin erzeugt: Stückzähler, Taktzeit, Temperatur, Druck, Störcode, Betriebsart. Sie liegen in der Steuerung und lassen sich lesen, ohne in den Ablauf einzugreifen. Der Nutzen entsteht erst, wenn aus den Rohwerten eine Aussage über Auftrag und Schicht wird.

Maschinendaten: welche Werte eine Anlage hergibt

Drei Arten sind zu unterscheiden. Zähler laufen hoch und beschreiben Mengen. Zustände sagen, in welcher Betriebsart die Anlage steht — Automatik, Hand, Störung, Rüsten. Messwerte beschreiben den Prozess selbst und sind meist die Menge, die am schnellsten unübersichtlich wird, weil jede Sekunde ein neuer Wert entsteht.

Für die Kontorseite ist fast immer die zweite Gruppe die wertvollste: Zustände lassen sich zu Zeiten verdichten, Zeiten zu Kennzahlen. Messwerte lohnen dort, wo sie eine Qualitätsaussage tragen und später zum Nachweis gehören, etwa in der Rückverfolgbarkeit einzelner Chargen.

OPC UA als gemeinsame Sprache

OPC UA ist der verbreitete offene Standard, über den Steuerungen ihre Werte anbieten. Er liefert nicht nur Zahlen, sondern auch deren Beschreibung: Name, Einheit, Datentyp, Struktur. Damit muss nicht jede Anbindung raten, was Variable D12 bedeutet. Gelesen wird entweder zyklisch oder — sparsamer — als Abonnement, bei dem die Steuerung nur Änderungen meldet.

Daneben steht MQTT, ein Verfahren zum Verteilen kleiner Nachrichten an mehrere Empfänger. Beides schließt sich nicht aus: Häufig liest ein Dienst über OPC UA aus der Anlage und verteilt das Ergebnis über MQTT an Terminal, Auswertung und Archiv. Wichtig ist die Richtung: Lesen ist unkritisch, Schreiben in eine Steuerung ist ein Eingriff in die Maschinensicherheit und gehört mit der Instandhaltung und dem Anlagenhersteller geklärt.

Ältere Anlagen ohne offene Schnittstelle

In den meisten Werken Ostbayerns steht eine Mischung aus zwei Jahrzehnten. Für Anlagen ohne offenen Zugang gibt es drei gangbare Wege. Der erste ist ein Adapter des Herstellers, der die vorhandene Steuerung um einen Lesezugang ergänzt. Der zweite ist ein Nachrüstsatz aus einfachen Gebern: ein Zählsignal, ein Kontakt für die Betriebsart, ein Signal der Signalsäule. Der dritte ist die menschliche Meldung am Terminal, die dieselben Ereignisse erfasst und über die Betriebsdatenerfassung in der Schicht läuft.

Der dritte Weg gilt oft als Rückschritt, ist es aber nicht: Eine Störungsursache kennt nur der Mensch, die Steuerung meldet lediglich, dass gestanden wurde. Gute Lösungen kombinieren beides — die Anlage liefert den Zeitpunkt, der Bediener die Ursache.

Vom Rohwert zur Aussage über die Schicht

Zwischen Steuerung und Auswertung gehört eine Schicht, die verdichtet. Sie fasst Zustandswechsel zu Intervallen zusammen, ordnet sie dem laufenden Auftrag zu und verwirft, was keine Aussage trägt. Ohne diese Verdichtung wächst das Archiv schneller als der Nutzen, und jede Auswertung beginnt wieder mit Aufräumen.

Die Zuordnung zum Auftrag ist der eigentliche Knoten. Die Steuerung weiß nichts von Auftragsnummern; sie kommen aus dem ERP oder vom Terminal. Erst die Verbindung beider Seiten macht aus einer Taktzeit eine Aussage über Kosten und Termine — technisch über die Schnittstelle zum ERP-System.

Ebenso gehört die Aufbewahrung früh geklärt. Rohwerte in hoher Auflösung lohnen nur für einen begrenzten Zeitraum, verdichtete Intervalle dagegen dauerhaft. Wer es umgekehrt festlegt, bezahlt Speicher für Werte, die keine Frage mehr beantworten, und verliert gleichzeitig die Reihe, aus der sich eine Entwicklung ablesen ließe. Sinnvoll ist die Entscheidung je Wert, nicht pauschal für die ganze Anlage.

Typische Fehler beim Anbinden von Maschinendaten

Erstens: alles abgreifen, was die Steuerung hergibt. Wer hundert Variablen sammelt, ohne zu wissen, welche Frage sie beantworten, bekommt ein kostspieliges Archiv. Zweitens: ungeklärte Zeitbasis. Stehen Anlage, Terminal und Server auf verschiedenen Uhren, lassen sich Ereignisse nicht sauber in eine Reihenfolge bringen. Drittens: die Anbindung im Büronetz. Ein Lesedienst gehört in ein eigenes Netzsegment mit Leserechten, nicht als Mitbenutzer der Bürofreigaben. Viertens: keine Antwort auf die Frage, was passiert, wenn der Dienst steht — dazu die Anwendung, die einen Netzabbruch übersteht.

Wie wir eine Anbindung aufsetzen

Wir beginnen mit der Frage, welche Entscheidung die Daten tragen sollen, und leiten daraus die Liste der Variablen ab — meist ist sie kurz. Dann lesen wir eine Anlage, verdichten, zeigen das Ergebnis in der Halle und erst danach in der Auswertung. Die Programmierung des Lesedienstes und der Anzeige gehört zur Softwareentwicklung für Fertigung und Lager, die weitere Verwertung zur Prozessautomatisierung zwischen Halle, Lager und ERP.