Anpassbares Dienstprogramm auf Basis von OPC UA für die Datenerfassung

Das Projekt in Kürze: Wir haben ein spezielles Windows-Dienstprogramm für einen Entwickler energieeffizienter Magnetlagersysteme erstellt. Die Softwarelösung funktioniert über OPC UA über TCP/IP. Sie bietet eine mehrtägige Verfügbarkeit, eine effiziente Verarbeitung von bis zu 500.000 Datenpunkten und eine flexible Datenvisualisierung mit skalierbaren, anpassbaren Grafiken. Dank dieser maßgeschneiderten Lösung kann unser Kunde keine komplexen Produkte von Drittanbietern mehr verwenden. 

Kunde & Herausforderung

Ein Entwickler von energieeffizienten aktiven Magnetlagersystemen (AMB) beauftragte uns mit der Erstellung eines Dienstprogramms für Windows.

Das Dienstprogramm war für den internen Gebrauch bestimmt: zum Sammeln von Daten und Durchführen mehrtägiger Tests der eigenen Geräte unter Verwendung des OPC-UA-Protokolls über TCP/IP.

Unser Kunde benötigte ein Tool, das speziell auf die technischen Aufgaben des Unternehmens zugeschnitten war. Die vorhandenen Standardlösungen für solche Systeme waren zu komplex und erforderten zusätzliche Kosten für den Kauf von Servern, deren Installation und die Entwicklung einer komplexen Infrastruktur. Unser Kunde suchte nach einem einfacheren und speziell auf seine Branche zugeschnittenen Tool, das zwei Aufgaben lösen konnte:

• Daten über die Leistung ihrer Feldgeräte sammeln und analysieren;

• eliminieren die Notwendigkeit für Client-Anwendungen. 

Lösung

Um an diesem Projekt zu arbeiten und alle Aufgaben zu erledigen, haben wir ein Team gebildet, das aus einem Softwareentwickler, einem UX-Designer, einem Tester und einem Projektmanager bestand. Das Team hielt wöchentliche Online-Meetings mit dem Kunden über MS Teams ab, um die erledigten Aufgaben zu überprüfen, die aktuelle Softwareversion zu besprechen und das Feedback des Kunden in den Entwicklungsprozess einzubeziehen. Der Kunde hat außerdem über Azure VPN Zugriff auf seinen OPC-UA-Server gewährt.  

Im Ergebnis entwickelte das Team von Promwad eine Softwarelösung mit den folgenden Funktionen:  

• Zuverlässigkeit und Stabilität. Das Programm ist für einen unterbrechungsfreien autonomen Betrieb über mehrere Tage ausgelegt; bei einer Unterbrechung wird die Verbindung zum OPC-UA-Server automatisch wiederhergestellt.  

• Effiziente Datenverarbeitung. Das Dienstprogramm verarbeitet und kumuliert mindestens 500.000 Datenpunkte.  

• Leistung und Optimierung werden durch den Einsatz optimierter Datenstrukturen und Algorithmen zur Minimierung der Systembelastung erreicht. Wir haben die effiziente Nutzung von Speicher- und CPU-Ressourcen sichergestellt, um die langfristige Leistung aufrechtzuerhalten. 

• Grafische Darstellung von Daten mit Zoom- und Analysefunktionen.   

• Flexibilität und Erweiterbarkeit. Das Programm kann an unterschiedliche Konfigurationen der OPC-UA-Server und Datentypen angepasst werden. Neue Funktionen und Module zur Erweiterung der Programmfunktionen lassen sich leicht integrieren.  

• Überwachung des Verbindungsstatus. 

Ein Windows-Dienstprogrammfenster mit den Details und Einstellungen jeder Sitzung, die aus mehreren Profilen gestartet wurde
 

Softwareentwicklung

Um alle Anforderungen des Kunden umzusetzen, arbeitete das Ingenieurteam von Promwad an einer langen Liste von Aufgaben, darunter die folgenden: 

• OPC UA-Integration; 

• UI-Entwicklung; 

• Erstellung von Datenbanken und Verarbeitung von Datenarrays.
   

OPC UA-Integration

Unser Team hat die Verbindung zum OPC UA-Server unter Verwendung des OPC UA-Protokolls mit Zertifikats- und Login-/Passwort-Unterstützung implementiert. Auf Wunsch des Kunden haben wir dessen Python-Code verwendet und aktualisiert, um eine reibungslose Integration zu gewährleisten.

Die Entwickler implementierten außerdem die Möglichkeit, eine Liste von Variablen vom OPC UA-Server abzurufen und Variablen für die Datenerfassung interaktiv auszuwählen. Die UA Python-Bibliothek wurde verwendet, um Variablen und Objekte anzufordern, und das Dienstprogramm UaExpert von Unified Automation wurde verwendet, um die Serverdaten zu diagnostizieren und zu visualisieren.

Die Funktion zum Anhalten und Fortsetzen des Lesens von Daten aus OPC UA wurde implementiert, um Flexibilität beim Testen zu gewährleisten und gleichzeitig den Fortschritt aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck implementierte das Team einen Hintergrundjob, der für jede geöffnete Sitzung angehalten und fortgesetzt werden kann. Der Hintergrundjob lädt Metadaten aus der Datenbank, fügt aktuelle Informationen wie Anmeldedaten hinzu, liest alle Variablen und sammelt weiterhin Daten aus OPC UA in der lokalen Datenbank. Jeder Start und jedes Stoppen wird protokolliert.

Die Daten für 10 bis 20 Variablen in der neuen Lösung werden mit einer Frequenz von höchstens einmal pro Sekunde und mindestens einmal pro Minute erfasst. 

 
UI-Entwicklung

Für die UI-Entwicklung haben wir uns für AvaloniaUI, eine Open-Source-Lösung mit folgenden Vorteilen:

• plattformübergreifender Ansatz;

• einfaches „Überladen” von Stilen anderer Komponenten, ohne den gesamten Stil neu schreiben zu müssen;

• praktisches System visueller Hierarchie-Selektoren;

• die Fähigkeit, die Nuancen, die Implementierung, das Layout und die Verwendung von vorgefertigten Stilen zu verstehen.

Testen und Fehlerbehebung

Promwad hat die erforderlichen Tests auf einem Entwicklungsrechner und einer sauberen virtuellen Maschine durchgeführt, sowohl manuell als auch automatisch mit einem PowerShell-Skript. Für lokale Tests haben wir UaCPPServer als Demo-Server verwendet. 

Bei der Entwicklung des Dienstprogramms gab es einige Schwierigkeiten, die unser Team jedoch erfolgreich bewältigt hat. Hier sind einige davon:

Geschäftlicher Nutzen

Unser Kunde erhielt ein dediziertes, benutzerfreundliches Softwaretool zur Überwachung von Geräten und zur Analyse von Daten auf Windows-Geräten. Die proprietäre Lösung reduziert die Kosten für komplexe Geräte von Drittanbietern und ermöglicht eine Optimierung, um den aktuellen Anforderungen gerecht zu werden.  

Durch die Integration der direkten Datenerfassung und Visualisierung über OPC UA werden Tests und Datenmanagement wesentlich vereinfacht und effizienter gestaltet. Das Ergebnis ist eine höhere Effizienz, eine geringere Abhängigkeit von externen Anwendungen und ein vereinfachter Ansatz für die Datenanalyse, was zu einer verbesserten Gesamtproduktivität des Engineering-Teams unseres Kunden führt. 

Weitere Informationen zu unseren Leistungen für industrielle Netzwerke

• Software für Datenerfassungs- und Messplattformen: Erfahren Sie mehr über unsere Fallstudie zur Entwicklung von Open-Source-Software auf Basis des OPC-UA-Protokolls.

• Lösungen für das Design industrieller Netzwerke: Entdecken Sie unsere Expertise im Design industrieller Netzwerke für die Echtzeitübertragung großer Datenmengen.

• Promwad bei der OPC Foundation: Lesen Sie, wie OPC die Integration in die industrielle Automatisierung vereinfacht.