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Industrie-4.0-Konnektivität für Profibus-Netze Ein Tor ins Feld öffnen

Autor / Redakteur: Thomas Schwarzenböck* / M.A. Manja Wühr

Wie leiten Sie Daten weiter – persönlich, mit einem Anruf, per E-Mail oder im Chat? So wie wir haben auch Prozessanlagen ihre Präferenzen. Doch für eine zukunftsfähige Integration von Daten aus dem Feld braucht es offene Kommunikationsstandards.

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Smartlink sammelt Daten aus sämtlichen Anlagen ein.
Smartlink sammelt Daten aus sämtlichen Anlagen ein.
(Bild: Softing)

Aggregierte Daten aus intelligenten Geräten der Prozessindustrie können Betreibern fundierte Entscheidungen für eine optimierte Produktion liefern. Informationen aus Feldgeräten helfen bei der Planung von präventiven Wartungsarbeiten und bei der Vorbereitung von Maßnahmen zur Steigerung der Gesamtanlageneffektivität (OEE/Overall Equipment Effectiveness). Damit Anlagenbetreiber dieses Potenzial nutzen können, müssen die Daten aller installierten Geräte transparent und standardisiert zur Verfügung stehen.

Innovationszyklen werden kürzer

Im Zuge von Industrie 4.0 und IoT verändern sich Produkte und Dienstleistungen im gesamten industriellen Spektrum zunehmend. Neue Technologien wie Rapid Prototyping, Blockchain, Cloud-Storage oder Cloud-Computing eröffnen ungeahnte Möglichkeiten an jedem Punkt der Wertschöpfungskette. Es ist nicht ganz einfach, bei der Vielzahl an neuen Trends und Entwicklungen den Überblick zu behalten. Auch lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, was davon sich in den kommenden Jahren tatsächlich durchsetzen wird. Einen gemeinsamen Nenner gibt es jedoch: Allen Szenarien gemein ist die transparente Integration von Daten aus Feldgeräten in höhere Schichten. Sie bildet die Grundlage aller Verarbeitungs-, Analyse- und Visualisierungsschritte in nachgelagerten Applikationen für Monitoring und Optimierung. Um die Interoperabilität der verschiedenen Geräte zu gewährleisten, ist die Verwendung offener Kommunikationsstandards ein Muss.

Praxishandbuch „OPC UA“

Mit dem Fachbuch „Praxishandbuch OPC UA“ gibt das Autorenteam rund um Dr. Miriam Schleipen neben einem grundlegenden Überblick über den Kommunikationsstandard OPC UA auch eine Übersicht, welche Tools bei der Umsetzung helfen. Das „Praxishandbuch OPC UA. Grundlagen – Implementierung – Nachrüstung – Praxisbeispiele" bereitet Sie mit Use Cases, Lessons learned und Best Practises auf die zukunftsträchtige Technologie vor.

Bei dem Entwurf neuer Anlagen können diese Anforderungen bereits berücksichtigt werden. Bei alten Bestandsanlagen, die z.B. mit Profibus automatisiert sind, stellt sich der Sachverhalt anders dar. Ihre Kommunikationsarchitektur ist nicht an diese elementaren Anforderungen angepasst, die moderne IoT-Anwendungsfälle mit sich bringen.

Gateway stellt Daten zur Verfügung

Hier setzt das Smartlink von Softing an. Unabhängig von den verwendeten Automatisierungskomponenten, kann es nachträglich in bestehende Anlagen oder aber von Beginn an in neue Netzwerke eingebaut werden. Die für Optimierungsprozesse relevanten Daten werden mit dem Gerät über offene, standardisierte Schnittstellen wie OPC UA und MQTT für nachgelagerte Applikationen zur Verfügung gestellt. Aber, um welche Daten geht es nun genau? Im Wesentlichen lassen sie sich in drei Kategorien einteilen: Prozessdaten, Assetdaten und Diagnosedaten.

  • Prozessdaten – sind die Informationen, die Steuerung und Feldgeräte zyklisch miteinander austauschen, um den Produktionsprozess aufrechtzuerhalten. Im Grunde versendet die Steuerung Sollwerte und verbaute Geräte und Sensoren liefern Istwerte zurück. Diese Daten können durch passives Mithören im Netzwerk gesammelt werden. Nachgelagerte Applikationen können mittels dieser Informationen Zusammenhänge zwischen den Messgrößen erkennen, anhand derer Prozesse optimiert werden können.
  • Assetdaten – beschäftigen sich mit den Eigenschaften der Geräte, z.B. Namen, Typen, Firmwarestände. Die Ermittlung der Daten findet aktiv statt, d.h. alle Geräte müssen über definierte Schnittstellen direkt angefragt werden. Anwender gewinnen auf diese Weise Erkenntnisse über den tatsächlichen Zustand der Anlage. Ungeplante Änderungen fallen umgehend auf, und für geplante Veränderungen am System wie z.B. ein Firmwareupdate bei allen Geräten vom Typ XY, stehen alle nötigen Informationen zur Verfügung. Eine oft gesehene Alternative zur maschinellen Datenerfassung ist die klassische Excelliste, die permanent händisch aktualisiert werden muss. Bei jeder Installation, die mehr als 50 Geräte umfasst, stehen Qualität und Verlässlichkeit der Exceldaten natürlich in Frage.
  • Diagnosedaten – liefern Informationen z.B. zu der Korrosion von Steckverbindungen, zu Drahtbrüchen oder Modulausfällen, die durch harsche Umgebungsbedingungen im industriellen Umfeld nach jahrelangem Betrieb entstehen können. Um einen Anlagenstillstand zu verhindern oder wenigstens so kurz wie möglich zu halten, ist es wichtig zu wissen, wo Probleme liegen und was für ein Fehler aufgetreten ist. Hier können auch Daten genutzt werden, die eigentlich schon bereitstehen. Alle Geräte versenden im Fehlerfall automatisch oder auch auf aktive Anfrage hin Diagnosemeldungen, die detailliert beschreiben, wo, wie, wann ein Fehler aufgetreten ist und, wie er behoben werden kann. Ist der Zugriff auf diese Daten gewährleistet, haben Anwender einen stetigen Überblick über die Funktionstüchtigkeit ihrer Anlage.

Fazit: Smartlink ermöglicht auf einfache Weise den Zugriff auf Prozess-, Asset- und Diagnosedaten. Das kompakte Tool kann bei laufendem Betrieb integriert werden, ohne bestehende Installationen zu beeinträchtigen. Die Modernisierung bestehender Komponenten und Infrastruktur ist nicht nötig. Damit wird Industrie-4.0-Konnektivität für neue und bestehende Profibus-Netze ermöglicht.

* Der Autor ist Product Manager bei Softing Industrial Automation, Haar.

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