Vernetzung von Maschinen und Anlagen per Cloud

Vom Sensor bis in die Wolke

Viele Firmen sind noch nicht bei Industrie 3.0 angekommen, schon kommt die nächste Revolution. Jetzt gilt es, den Anwendern die richtigen Werkzeuge an die Hand zu geben. Hier bringt der Blick in die Wolke Klarheit, denn die Vernetzung von Maschinen über eine Cloud ist eines der zentralen Merkmale, die die Produktivität steigern.

Viele Veränderungen geschehen derzeit weltweit in der produzierenden Industrie. Sie bringen die bereits vorhandene oder noch laufende Digitalisierung auf eine neue Ebene, in der Maschinen und Anlagen mit dem Internet verbunden sind. Aus Sensor- und Maschinendaten entstehen virtuelle Fabrikmodelle, die eine schnellere, flexiblere und weltweit koordinierte Produktion erlauben. Eine unabdingbare Rolle spielen dabei die Netzwerk- und Cloud/Edge-Strukturen als Kommunikationsschicht. Viele reden davon, dass eine vierte industrielle Revolution im Gange ist. In der Realität bedeutet das, dass Firmen an ihrem derzeitigen Stand des Vernetzungs- und Automatisierungsgrads abzuholen und bei der digitalen Transformation zu begleiten sind.

Flexiblere Produktion auf Basis von Kommunikationsplattformen

Im Betrieb liefern Anlagen über Controller und Steuerungsrechner von Exor eine Fülle an Daten, die in der Cloud gespeichert werden. Hierbei handelt es sich entweder um eine private oder eine Public Cloud. So haben Spezialisten die Möglichkeit, Echtdaten in ihrer Simulation zu verwenden und damit den Produktionsprozess zu verbessern. Zudem kommen Analysewerkzeuge aus dem Big-Data-Umfeld zum Einsatz, um mögliche Fehler schon im Vorfeld zu erkennen und zu verhindern (Predictive Maintenance). Bei der X-Plattform handelt es sich um einen IoT-Baukasten von Exor. Mit der Plattform sind Kunden in der Lage, mit bewährter Technik, den Schritt von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0 zu gehen. Durch die Multiprotokollfähigkeit lassen sich dabei auch ältere Applikationen einbinden. Gleichzeitig liefert die Plattform die nötige Technik, um Rami 4.0 zu entsprechen. Hierzu gehört u.a. OPC UA. Die Plattform beruht auf einem All-in-One-Konzept mit HMI/SPS/Gateway-Cloud-/Edge-Schnittstelle. Sie kommt als herkömmliche Steuerung mit oder ohne Display zur Maschinen- oder Anlagensteuerung zum Einsatz. Gleichzeitig dient dieselbe Hard- und Softwarearchitektur zur Integration in die Vernetzung der Fabrikautomation, um mehr Transparenz zu erhalten und die Produktivität zu steigern. Die Datenverarbeitung findet in einer lokalen leistungsfähigen FOG/Edge (FOG-Computing) statt – denn viele Firmen scheuen aus Gründen der Security die externe Cloud. Alle Produkte basieren auf Linux mit OSADL-Echtzeiterweiterung. Die Plattform zeichnet sich durch Durchgängigkeit und Skalierbarkeit aus. Das Produktportfolio erstreckt sich von Geräten für die Hutschiene (eXware700) über Schaltschrankgeräte (eX700 Serie) bis hin zu feldtauglichen IP67-Lösungen (eX700 Field). Basierend auf dem microSOM mit leistungsfähigem 1GHz-i.MX6-DualLite und 1,2GHz-i.MX6-Quad-Prozessoren lassen sich viele Applikationen realisieren.

Vernetzung durch Schnittstellen und Protokolle

Um dem zunehmenden Datenaufkommen und dem Wunsch nach Vernetzung zu entsprechen, verfügt die eX700-Serie über drei Ethernet-Schnittstellen mit drei MAC-Adressen. Mit der integrierten OpenVPN- und OpenSSL-Lösung ist ein einfacher Zugang zu den Maschinen und Anlagen möglich. Hierzu steht ein einfach bedienbares Portal (JM-Cloud Connect) zur Verfügung. Mit Codesys als IEC61131-3-SPS steht eine geeignete Plattform zur Verfügung. Hinzu kommt eine Vielzahl von traditionellen (CAN, Modbus RTU, Profibus, KNX) oder Ethernet-basierenden (Profinet, Ethercat, EthernetIP, Powerlink, Bacnet, OPC UA) Busprotokollen. Weiterhin ist es notwendig, ein leistungsfähiges und standardisiertes Kommunikationsnetzwerk einzusetzen, wie das Deterministic Ethernet für die Industrie mit entsprechenden Switches, um IoT-taugliche Verzögerungs- und garantierte Antwortzeiten zu erreichen. Das Unternehmen hat zu diesem Zweck die Implementierung des Standards IEEE 802.1 Time Sensitive Network (TSN) vorgenommen. Zur Kommunikation setzt es auf den OPC-UA-Pub/Sub-Standard. Über ein Modulkonzept lassen sich beliebige Schnittstellen und I/Os erweitern. Somit lässt sich zudem auf einfache Weise das IoT-Gateway realisieren. Mit der Framework-Softwarelösung JMobile Studio lassen sich Applikationen einfach, intuitiv und professionell für die X-Plattform erstellen. Node-Red ist bereits für die einfache Cloud-Programmierung im Framework integriert. Somit lassen sich Nodes und Flows erstellen; die eine einfache Kommunikation in die Cloud ermöglichen. Neue Softwarelösungen, wie Yocto, Docker, QT, SVG, Node JS und HTML5 kommen bei der Plattform ebenfalls zum Einsatz. In JMobile als All-in-one-Designstudio entscheiden Anwender selbst, ob sie das Projekt für die Runtime oder als HTML für die Web-Visualisierung (JM4web) erzeugen. Als Ausprägung für Web-basierte Applikationen lässt sich die Visualisierung dann z.B. über den Web-Browser Chromium anzeigen. Moderne und flexible Canvas Widgets ermöglichen dem Benutzer die Gestaltung einer bedienerfreundlichen Navigation, eine bessere Übersicht der Verwaltung mit Remote- und Reportwerkzeugen und eine intuitivere lokale oder dezentrale Bedienung. Die Client/Server-Architektur von JMobile basiert auf aktuellen Web-Funktionen, die dem Benutzer eine zukunftsorientierte Steuerung und Fernüberwachung über jeden Browser und jedes Gerät (Smartphone, Tablet oder Computer) ermöglichen. Der Benutzer hat die Möglichkeit, Daten zu erfassen, zu speichern und für eine übergeordnete Struktur zur Verfügung zu stellen. Die Architektur ist ein Werkzeug für die Integration im gesamten Unternehmen. Eine umfangreiche Bibliothek von Symbolen, Widgets und erweiterten Funktionen (E-Mail, RSS, PDF-Berichterstattung, Zeitplaner, HTML5-Browser) ermöglicht den Einsatz der Architektur in verschiedenen Anwendungen und Branchen der Industrie.