In der modernen Präzisionsfertigung spielt die Kombination aus Heidenhain CNC-Steuerungen und MQTT eine zunehmend entscheidende Rolle. Heidenhain Steuerungen – insbesondere die TNC-Serie (TNC 640, TNC7, iTNC 530) – sind für ihre Präzision und Zuverlässigkeit bekannt. Die Steuerungen sind weltweit in der spanenden Fertigung auf Fräsmaschinen führender Hersteller wie Hermle, DMG Mori oder Starrag verbreitet. MQTT hingegen bietet die event-basierte und skalierbare Schnittstelle zwischen OT und IT. Aufgrund der weiten Verbreitung der Heidenhain-Steuerungen und der zunehmenden Bedeutung von MQTT in industriellen Netzwerken wächst die Notwendigkeit einer zuverlässigen Integration beider Technologien. Zudem wird die Integration von Heidenhain und MQTT im Kontext der Industrial Unified Namespace Architektur immer bedeutender. Der folgende Schritt-für-Schritt Guide führt durch den Prozess, wie diese Integration gelingt.
Optionen für die Integration von Heidenhain und MQTT
Für die Verbindung einer Heidenhain CNC-Steuerung mit einem MQTT-Broker stehen grundsätzlich drei Wege zur Verfügung: die Nutzung eines Gateways, die OPC UA Schnittstelle neuerer Steuerungsgenerationen sowie die klassische DNC-Schnittstelle auf Basis des LSV/2-Protokolls. Welche Methode im konkreten Fall geeignet ist, hängt von der installierten Steuerungsgeneration, dem jeweiligen Use-Case und der vorhandenen IT/OT-Infrastruktur ab.
1. Option: Integration via Gateway
Eine der häufigsten Methoden für die Integration von Heidenhain und MQTT ist die Verwendung eines Gateways (Software- oder Hardware-Gateway). Das Gateway agiert als Brücke zwischen der CNC-Steuerung und dem MQTT-Broker. Es kommuniziert über das DNC-Protokoll (LSV/2, TCP-Port 19000) oder – bei neueren Steuerungen – über OPC UA mit der Heidenhain-Steuerung. Dabei liest das Gateway die relevanten Maschinendaten aus, transformiert sie in MQTT-Nachrichten und veröffentlicht diese im MQTT-Broker. Diese Methode ist insbesondere für Brownfield-Anlagen geeignet, da sie keine Eingriffe in die CNC-Programmierung erfordert und mit nahezu allen TNC-Generationen kompatibel ist.
2. Option: Integration via OPC UA
Neuere Heidenhain Steuerungen – insbesondere die TNC7 sowie ausgewählte TNC 640 Versionen – verfügen über eine native OPC UA Server Schnittstelle. Sofern diese aktiviert ist, kann die Integration von Heidenhain und MQTT auf Basis dieser Schnittstelle erfolgen. Die Anbindung von OPC UA und MQTT wird in der Praxis auf zwei Arten realisiert: über ein Gateway, das OPC UA liest und als MQTT-Publisher agiert, oder direkt über OPC UA over MQTT. Detaillierte Informationen sowie eine Schritt-für-Schritt Anleitung zu dieser Integrationsvariante finden Sie hier.
3. Option: Integration via DNC / REST API
Für Sonderfälle oder die direkte programmatische Anbindung steht die klassische DNC-Schnittstelle auf Basis des LSV/2-Protokolls (TCP-Port 19000) zur Verfügung, die von nahezu allen Heidenhain TNC-Steuerungen unterstützt wird. Neuere Steuerungen (TNC7) bieten zusätzlich eine REST API. Diese Optionen setzen eigene Entwicklungskapazitäten für die Implementierung einer MQTT-Anbindungslogik voraus und sind daher im Brownfield häufig nur bedingt praktikabel.
Schritt-für-Schritt Anleitung zur Integration von Heidenhain und MQTT via Gateway
Folgende Schritte müssen durchlaufen werden, um die Anbindung der Heidenhain CNC-Steuerung an den MQTT-Broker mittels eines Gateways zu realisieren.
Schritt 1: Überprüfung der Voraussetzungen
Bevor die eigentliche Konfiguration beginnt, sollten alle beteiligten Systeme auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft und die notwendigen Zugriffsrechte eingerichtet sein. Dieser Schritt legt die Grundlage für eine reibungslose Integration von Heidenhain und MQTT.
- Gateway auswählen: Stellen Sie sicher, dass Ihr Gateway das Heidenhain DNC-Protokoll (LSV/2) und/oder OPC UA sowie MQTT nativ unterstützt. Überprüfen Sie die Kompatibilität mit weiteren relevanten Systemen (z.B. anderen Steuerungen, ERP, MES) Ihrer OT/IT-Landschaft. Stellen Sie sicher, dass das Gateway die erforderlichen Sicherheitsfeatures (TLS, Authentifizierung) bietet. Je nach Anwendungsfall sollte das Gateway zusätzliche Anforderungen erfüllen (z.B. Redundanz, Skalierbarkeit).
- Infrastruktur prüfen: Vergewissern Sie sich, dass Heidenhain-Steuerung und MQTT-Broker betriebsbereit sind. Richten Sie frühzeitig eine dedizierte Testumgebung ein – sie ermöglicht es, Konfigurationsänderungen risikolos zu validieren, ohne den laufenden Betrieb zu beeinträchtigen.
- Netzwerk konfigurieren: Nehmen Sie die erforderlichen Anpassungen in Ihrer Netzwerktopologie vor. Dies beinhaltet die Konfiguration von Ports und Firewalls: Das LSV/2-Protokoll nutzt standardmäßig TCP-Port 19000. Stellen Sie sicher, dass die Kommunikation vom Gateway zur Steuerung freigegeben ist, ohne unbefugten Zugriff zu ermöglichen.
- Zugriff und Berechtigungen: Stellen Sie sicher, dass Sie Zugriff auf die Heidenhain-Steuerung, den MQTT-Broker sowie das Gateway haben. Aktivieren Sie auf der Steuerung die DNC-Schnittstelle (bei älteren TNC-Modellen ggf. unter Maschinen-Parameter → Netzwerk) und richten Sie die erforderlichen Benutzerrechte ein.
Schritt 2: Identifikation der relevanten Datenpunkte
Überprüfen Sie Ihre Heidenhain CNC-Steuerung, um sicherzustellen, dass die relevanten Maschinendaten zuverlässig zur Verfügung stehen. Anders als bei SPS-Systemen mit frei definierbaren Tags stellt die Heidenhain DNC-Schnittstelle einen vordefinierten Satz strukturierter Maschinendatenpunkte bereit.
- Datenpunkte identifizieren: Bestimmen Sie, welche Maschinendaten für Ihren Use-Case relevant sind. Typische Datenpunkte umfassen: Maschinenstatus (EXEC_STATE: Programm aktiv, Bereit, Fehler), Achspositionen (X, Y, Z, A, B), Spindeldrehzahl und Vorschubrate, aktives NC-Programm sowie Werkzeugdaten und Fehlercodes.
- Datentypen und Abfragetiefe prüfen: Überprüfen Sie, welche Datenpunkte über die DNC-Schnittstelle oder OPC UA erreichbar sind und in welchem Format sie übertragen werden (z.B. Integer, Float, String). Nicht alle Datenpunkte sind bei jeder TNC-Generation und Firmware-Version verfügbar – klären Sie dies anhand der Heidenhain-Dokumentation für Ihre spezifische Steuerungsversion.
Schritt 3: Definition des MQTT Namespace
Während Heidenhain CNC-Steuerungen einen durch die DNC-Schnittstelle vorgegebenen Datenpunktsatz bereitstellen, muss der MQTT Namespace bewusst gestaltet und zwischen allen beteiligten Systemen abgestimmt werden. Eine durchdachte Namensstruktur ist dabei die Voraussetzung für skalierbare und wartbare Datenflüsse. Dieser Schritt umfasst zwei Kernaufgaben:
Standardisierung der MQTT Topic Hierarchie: MQTT Topics sind UTF-8-Strings, die als hierarchische Pfade strukturiert werden und festlegen, unter welcher Adresse Daten veröffentlicht werden. Legen Sie werksweite Konventionen für die Topic-Benennung fest, die sowohl heute als auch bei wachsender Maschinenanzahl konsistent bleiben – etwa nach dem Muster Werk/Halle/Maschine/Datenpunkt.
Standardisierung des MQTT Nachrichteninhalts (Payload): Gerade in Umgebungen mit heterogenem Maschinenpark – häufig eine Mischung aus Heidenhain- und anderen Steuerungen – ist ein einheitliches Payload-Format unerlässlich. Definieren Sie verbindliche Vorgaben für:
- Die Payload-Struktur inklusive Metadaten wie Maschinenbezeichnung, Steuerungstyp und Standort sowie deren Abbildung in der Topic-Hierarchie
- Das Serialisierungsformat (JSON oder Protobuf), damit nachgelagerte Systeme die Daten einheitlich verarbeiten können
- Benennungskonventionen und Datentypen für alle Datenpunkte, um Fehlinterpretationen beim Empfänger zu vermeiden
Schritt 4: Mapping von Datenpunkten und MQTT Namespace
Jetzt wird das Gateway konkret konfiguriert: Es verbindet die Heidenhain CNC-Steuerung mit dem MQTT-Broker, liest die Maschinendaten über die DNC-Schnittstelle aus und überführt sie in das in Schritt 3 definierte MQTT-Format.
- Verbindungstest: Prüfen Sie als erstes die Netzwerkerreichbarkeit aller drei Komponenten – Steuerung, Gateway und Broker – bevor Sie mit der eigentlichen Mapping-Konfiguration beginnen. Stellen Sie dabei sicher, dass Zugangsdaten (Benutzername/Passwort) und TLS-Verschlüsselung bereits in diesem frühen Stadium korrekt eingerichtet sind.
- Mapping des MQTT Payloads: Ordnen Sie die Werte der DNC-Datenpunkte dem in Schritt 3 festgelegten Datenmodell zu. Ergänzen Sie statische Felder wie Maschinentyp (TNC 640), Standort-ID oder Werksbezeichnung direkt im Gateway, sofern diese nicht aus der Steuerung ausgelesen werden können.
- Mapping der MQTT Topics: Definieren Sie, unter welchem Topic-Pfad jeder Datenpunkt veröffentlicht wird. Einfache Anwendungsfälle erlauben eine direkte 1:1-Abbildung vom DNC-Datenpunkt auf das Topic; komplexere Szenarien können eine mehrstufige Transformationslogik erfordern.
- Transformationslogik implementieren: Konfigurieren Sie im Gateway alle notwendigen Datenumwandlungen: Skalierung von Rohwerten (z.B. Achspositionen in mm), Einheitenkonvertierungen (z.B. Spindeldrehzahl von U/min zu RPM) sowie ggf. die Aggregation mehrerer Datenpunkte in einem einzelnen Payload.
Schritt 5: Integration von Heidenhain und MQTT in der Testumgebung
- Nachrichtenübermittlung definieren: Legen Sie das Auslösekriterium für MQTT-Publishes fest: Eine wertbasierte Übertragung (Report by Exception) ist gegenüber einem festen Abfragezyklus in der Regel vorzuziehen, da sie Netzwerklast reduziert und Echtzeitreagibilität verbessert. Konfigurieren Sie außerdem QoS-Level und Retain-Flag entsprechend den Anforderungen Ihrer Subscriber. Beachten Sie, dass die DNC-Schnittstelle in der Regel auf einem Polling-Mechanismus basiert – bestimmen Sie ein sinnvolles Polling-Intervall in Abhängigkeit von der Dynamik der Maschinendaten.
- Datenintegrität prüfen: Validieren Sie den vollständigen Datenpfad in der Testumgebung: Liefert die Steuerung korrekte Werte? Werden die Payloads vollständig und im richtigen Format an den MQTT-Broker übermittelt? Funktionieren Authentifizierung und Verschlüsselung durchgehend?
Schritt 6: Inbetriebnahme und Monitoring
- Inbetriebnahme: Führen Sie den Übergang in die Produktion schrittweise durch – idealerweise außerhalb der Kernbetriebszeiten, um den laufenden Fertigungsbetrieb nicht zu unterbrechen. Behalten Sie in den ersten Betriebstagen die Datenübertragung engmaschig im Blick.
- Monitoring einrichten: Richten Sie ein dauerhaftes Monitoring für Gateway-Verbindungen, Broker-Verfügbarkeit und Nachrichtendurchsatz ein. Definieren Sie Grenzwerte, bei deren Überschreitung automatische Benachrichtigungen ausgelöst werden – etwa bei Verbindungsabbrüchen zur Steuerung oder unplausiblen Messwerten.
- Logging und Diagnose: Schalten Sie auf Gateway- und Broker-Ebene strukturiertes Logging ein. Gut aufgebaute Logs sind im Störungsfall entscheidend für eine schnelle Ursachenanalyse und bilden die Datenbasis für die laufende Optimierung der Integration.
Schritt-für-Schritt Anleitung zur Integration via OPC UA
Da sich die grundlegenden Schritte decken, werden die spezifischen Schritte für die Heidenhain zu MQTT Integration via OPC UA im Folgenden vereinfacht dargestellt. Hinweis: Diese Integrationsmethode setzt eine Heidenhain Steuerung mit aktivierter OPC UA Schnittstelle voraus und ist daher auf neuere Steuerungsgenerationen (TNC7, TNC 640 ab bestimmten Firmware-Versionen) beschränkt.
- Voraussetzungen prüfen: Für die Integration via OPC UA sind folgende Voraussetzungen erforderlich.
- Steuerungskompatibilität: Prüfen Sie, ob Ihre Heidenhain Steuerung OPC UA unterstützt. Die TNC7 bietet native OPC UA Server-Funktionalität; beim TNC 640 ist OPC UA ab bestimmten Software-Versionen verfügbar. Klären Sie die Kompatibilität anhand der Heidenhain-Dokumentation.
- OPC UA Aktivierung: Aktivieren Sie den OPC UA Server auf der Steuerung (bei der TNC7 unter Einstellungen → Netzwerk → OPC UA). Konfigurieren Sie Authentifizierung und Zertifikate für eine gesicherte Verbindung.
- Gateway oder OPC UA Client: Wählen Sie ein Gateway, das OPC UA liest und als MQTT-Publisher agiert, oder eine Lösung auf Basis von OPC UA over MQTT.
- Netzwerkzugang: OPC UA nutzt standardmäßig TCP-Port 4840. Konfigurieren Sie Ihre Netzwerk-Infrastruktur entsprechend.
- OPC UA Namespace erkunden: Verbinden Sie sich mit dem OPC UA Server der Heidenhain Steuerung und erkunden Sie den Adressraum mit einem OPC UA Client (z.B. UAExpert). Identifizieren Sie die relevanten Nodes für Maschinenstatus, Achspositionen, Spindeldrehzahl und weitere benötigte Datenpunkte.
- MQTT Namespace definieren: Legen Sie Topic-Hierarchie und Payload-Struktur analog zu Schritt 3 der Gateway-Anleitung fest.
- Mapping konfigurieren: Ordnen Sie die OPC UA Nodes dem MQTT Namespace zu. Konfigurieren Sie im Gateway oder OPC UA Client alle notwendigen Transformationen und Subscription-Parameter (Publishing Interval, Sampling Interval).
- Integration testen: Validieren Sie den vollständigen Datenpfad: Werden die OPC UA Nodes korrekt ausgelesen? Stimmen Payload-Inhalt und Topic-Struktur mit dem definierten Datenmodell überein? Funktionieren TLS-Verschlüsselung und Zertifikat-Authentifizierung durchgehend?
- Inbetriebnahme: Überführen Sie die Integration nach erfolgreichem Test in die Produktionsumgebung und etablieren Sie Monitoring sowie Logging analog zu Schritt 6 der Gateway-Anleitung.
Fazit
Mit der Integration von Heidenhain und MQTT werden CNC-Maschinendaten erstmals durchgängig in die übergeordnete IT-Infrastruktur eingebunden – von der Steuerungsebene bis zu ERP, MES und Analytics-Systemen. Für Brownfield-Installationen mit älteren TNC-Generationen bleibt die Gateway-Lösung via DNC/LSV/2 der pragmatischste Einstieg: Sie erfordert keine Änderungen an der Steuerungskonfiguration und ist nahezu universell einsetzbar. Neuere TNC7-Installationen profitieren zusätzlich von der standardisierten OPC UA Schnittstelle, die mehr Flexibilität bei der Datenpunktauswahl bietet. Unabhängig von der gewählten Methode ist ein konsequent durchgezogenes, einheitliches Mapping der Maschinendaten auf den MQTT Namespace der entscheidende Faktor für Skalierbarkeit – über einzelne Maschinen und Steuerungsgenerationen hinaus. Nur auf dieser Basis lässt sich die Integration von Heidenhain und MQTT langfristig in eine unternehmensweite Unified Namespace Architektur einbetten.
