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Vernetzung

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Vom Sensor in die Cloud

Text: Gerhard Fischbacher, M2M-Soft
Maschinen, Anlagen oder allgemein Cyber Physical Systems sollen im Rahmen von Industrie 4.0 hersteller- und standort-übergreifend über das Internet vernetzt werden. Die klassische Automatisierungs-Pyramide steht diesem Vorhaben allerdings im Weg. Wird sie überwunden, sind für Sensor- und Komponentenhersteller intelligente Dienste und neue Geschäftsmodelle möglich.

Die Kommunikation vom Sensor aus der Feldebene bis zum ERP in der Unternehmensleitebene ist bis heute nicht mit standardisierter und durchgängiger Vernetzung zu bewältigen, sondern nur mit sehr viel projektspezifischem Engineering zu realisieren. Die Hoffnungen, Ethernet als Standard etablieren zu können, haben sich aufgrund der zahlreichen herstellerspezifischen Protokolle – www.realtime-ethernet.de listet derzeit 31 verschiedene auf – bisher nicht erfüllt. Die IP-Protokolle führen stattdessen zusammen mit der bislang überschaubaren Anzahl an klassischen Feldbussen, wie Profibus, CAN-Bus, Devicenet und Modbus, zu einer weiter steigenden Komplexität der Vernetzungsaufgaben.

Betrachtet man die Kommunikation entlang der Automatisierungs-Pyramide mit den Ebenen Feld-, Steuerungs-, Prozessleit-, Betriebsleit- und Unternehmensleitebene, zeigt sich schnell, wo die Probleme liegen. Unternehmens- und Betriebsleitebene gehören der IT-Welt an, die mit dynamischen Verbindungen und Latenzzeiten umgehen kann. Die Feld- und Steuerungsebene dagegen sind bei der Datenübertragung auf statische und echtzeitkritische Protokolle angewiesen. Der Übergang ist meist auf Prozessleitebene realisiert. Hier kann erstmals ein Zugriff auf die Daten von außen erfolgen.

Für einen Sensor-Hersteller, der unabhängig davon, wo und wie seine Sensoren in einer Maschine eingebaut sind, einen Condition-Monitoring-Dienst für seine Sensoren anbieten will, stellt sich daher das Problem, wie er die Diagnosedaten über die verschiedenen Ebenen durchschleusen soll, wenn die Zahl der Kombinationen von Steuerungen, PLS, Feldbussen und Protokollen unüberschaubar geworden ist.

Alte Strukturen überwinden

Die VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik hat in ihren Thesen und Handlungsfeldern zu Cyber Physical Systems (CPS) gefordert, die klassische Automatisierungs-Pyramide durch ein Netzwerk aus verteilten, dezentralen Systemen abzulösen. Erst dann werde der Weg frei für neue Möglichkeiten innerhalb der Industrie 4.0, sprich: hersteller- und standort-übergreifende Vernetzung über das Internet. Durch die Verknüpfung der Systeme sowie das zentrale Erfassen und Auswerten der Daten in der Cloud werden neue intelligente Dienste möglich – etwa ein übergreifendes Condition Monitoring oder die Realisierung neuer Geschäftsmodelle, beispielsweise die Optimierung von Prozessen durch unabhängige Prozess-Spezialisten. In so genannten Value Added Services liegt nach Auffassung der Projektgruppe Kompetenznetzwerk Machine-to-Machine-Kommunikation des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) das größte Potenzial im Bereich der M2M-Technologie.

Die Anforderungen zum Beispiel für intelligente Sensoren im Rahmen von Industrie 4.0 sind vielfältig. Sie müssen einen direkten Zugang nach außen ermöglichen, der unabhängig von der darüber liegenden Echtzeitanwendung, wie zum Beispiel einer Maschinensteuerung, vorhanden ist. Dieser Zugang soll übers Internet möglich sein und die Daten dort standort­unabhängig bereitstellen. Das Kommunikationsprotokoll muss mit Verbindungsunterbrüchen zurechtkommen, wie sie bei mobilen Internetverbindungen häufig auftreten können. Daten müssen zwischengespeichert und zeitversetzt nachgesendet werden. Zwingend erforderlich ist zudem eine verschlüsselte Kommunikation. Die Datenmengen sind zu optimieren und alternative Verbindungswege ins Internet zu unterstützen. Zudem muss von außen, auch nachträglich, konfigurierbar sein, welche Daten wann gesendet werden.

Cockpit in der Cloud

Die Firma M2M-soft hat 2008 im Bereich Wasser/Abwasser damit begonnen, Projekte zum Überwachen von Pumpstationen zu realisieren. Dabei galt es, die oben beschriebenen Anforderungen zu erfüllen, um die verteilten Systeme hersteller- und standortübergreifend vernetzen und überwachen zu können.

Unter dem Namen Cloud-connectivity hat M2M-Soft einen Ansatz geschaffen, die Daten im M2M-Cockpit-Client abzubilden. Die Lösung setzt auf einer Software auf, die direkt in verschiedenen Industrie-Routern die Feld- oder Steuerungs­ebene via Internet-Protokollen mit dem M2M-Cockpit in der Cloud verbindet. Es wurde konsequent auf internetbasierende Technik-Standards zur Übertragung, Speicherung und Auswertung der Daten gesetzt.

Im Cockpit werden die Daten in einer Datenbank gespeichert und können von hier aus weiterverarbeitet werden – zum Beispiel für die Weitergabe an das ERP oder an andere Steuerungen.

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