Zusammenwachsen von Automatisierung und IoT durch integrierte Konnektivität

Maschinen fit für die
Cloud machen

Unternehmen müssen auf das Internet der Dinge vorbereitet sein, um im globalen Wettbewerb dauerhaft erfolgreich zu sein. Anforderungen an noch effizientere Maschinen und eine kontinuierliche Steigerung der Produktivität sind längst Alltag. Digitalisierungstrends, wie die Cloud-basierte Datenanalyse, helfen dabei, Maschinen und Anlagen kontinuierlich zu verbessern, Kosten bei der Herstellung von Produkten zu senken und die Produktqualität zu steigern.

MindSphere ist das cloudbasierte, offene IoT-Betriebssystem von Siemens, das die Verbindung von Maschinen und physischen Infrastruktur zur digitalen Welt erm?glicht. (Bild: Siemens AG)

MindSphere ist das cloudbasierte, offene IoT-Betriebssystem von Siemens, das die Verbindung von Maschinen und physischen Infrastruktur zur digitalen Welt ermöglicht. (Bild: Siemens AG)

Der Status Quo produzierender Unternehmen: Ungeplante Anlagenstillstände verursacht durch mangelnde Wartung, fehlende Materialzuführung oder durch schlichte Intransparenz über Maschinen und Prozesse verursachen massive Kosten. Problemursache und Wirkung können darüber hinaus in der Maschine oftmals nicht ermittelt werden. Wie passt das zusammen?

Vernetzung schafft Transparenz

Produktions- und Maschinenprozesse müssen von Anfang bis Ende transparent betrachtet werden. Voraussetzung dafür ist die intelligente Vernetzung der Maschinen und Anlagen. Denn Daten dienen als Grundlage für Analysen, Entscheidungen und Anpassungen. Transparenzgewinne werden dabei schrittweise realisiert. Daten aus der Automatisierungsebene werden zunächst zentralisiert in Cloud-basierten Infrastrukturen gesammelt und aggregiert. Eine geräteunabhängige Infrastruktur ermöglicht im nächsten Schritt die Aufbereitung und Analyse der übertragenen Daten. Cloud-basierte Applikationen ermöglichen durch die Analyse der Daten einen kontinuierlichen Einblick in Maschinen und Anlagen. Das erhöht die Transparenz. Von der präventiven Wartungsplanung bis zur Erkennung von Engpässen sind vielzählige Anwendungsszenarien denkbar. Die Vernetzung von Maschinen und Anlagen mit der Cloud stellt jedoch Maschinenbauer als auch produzierende Unternehmen vor Herausforderungen. Wie können Steuerungen, Maschinen und auch ganze Anlagen einfach, sicher und weltweit mit der Cloud verbunden werden? Dabei ist die Integration von Anlagen auf dem aktuellsten Stand der Technik längst nicht mehr ausreichend, um am Markt zu bestehen. Bestandsanlagen die bereits vor vielen Jahren errichtet wurden müssen im Rahmen einer Digitalisierungsstrategie ebenso intelligent vernetzt werden.

Plug&Play-Konnektivität für die Cloud

Von der Automatisierungsebene bis hin zur Cloud: Die Anforderungen an Netzwerkinfrastruktur sind hoch. Netzwerkgeräte, Datengateways und Leitsysteme von Siemens ermöglichen die vertikale Anbindung von Steuerungen, Maschinen und Anlagen an das offene, Cloud-basierte, IoT-Betriebssystem MindSphere. Es bietet dabei nicht nur eine einheitliche Dateninfrastruktur inklusive Archivierung sondern ermöglicht durch ‚Plattform as a Service‘ auch die Nutzung von Cloud-basierten Applikationen, sogenannten MindApps. Integriert in Advanced Controller wie der Simatic S7-1500 ermöglichen MindConnect-Funktionsbausteine eine sichere und unmittelbare Anbindung der Steuerung an die Cloud. Im Engineering Framework TIA Portal projektiert, steuert die SPS damit nicht nur komplexe Fertigungsprozesse sondern transferiert zusätzlich ausgewählte Daten sicher aus der Fertigung in die Cloud. Von der dezentralen Peripherie bis zur unterlagerten Steuerung wird die Anbindung unzähliger Geräte und Datenquellen ermöglicht. Je nach Größe und Komplexität der Maschine eignen sich zur Datenübertragung auch dedizierte Daten-Gateways.

Entlastung der SPS

Gateways entlasten durch Bündelung der Kommunikationsaufgaben Steuerungen von zusätzlichen Aufgaben. Dabei können weitere Steuerungen, Frequenzumrichter, Scada-Systeme und Drittgeräte über das offene Protokoll OPC UA einfach und sicher mit einem der Gateways MindConnect Nano oder MindConnect IoT2040 verbunden werden. Auch Bestandsanlagen an die mehr und mehr Digitalisierungsanforderungen gestellt werden, können über proprietäre oder offene Protokolle an Cloud-Systeme angebunden werden. Das offene, linuxbasierte Gateway Simatic IOT2040 bietet eine Vielzahl an Schnittstellen um diese Bestandsanlagen intelligent zu vernetzen. Dabei verfügen die MindConnect-Gateways über zwei integrierte Ethernet Ports zur strikten Trennung des Fertigungsnetz und dem Internet. Aspekte wie dieser sorgen nicht nur für geringere Kommunikationslasten, sondern auch für einen Mehrwert an Sicherheit. Gemäß des Defense in Depth Konzepts nach ISA99/IEC62443 berücksichtigt Siemens die drei zentralen Security-Elemente Anlagensicherheit, Netzwerksicherheit und Systemintegrität zur Vermeidung von unerlaubten Zugriffen auf die Automatisierungskomponenten.

Transparenz und Zukunftssicherheit

Konnektivität, Datenvorverarbeitung und Datenanalyse stellen Transparenz über Fertigungsprozesse, Maschinen und Anlagen her, helfen Produktionskosten zu senken und Produktqualität zu steigern. Konkret profitieren Maschinenbauer damit von der Überwachung, Analyse und Vergleichbarkeit ihrer Maschinen – und das weltweit. Verbesserungspotential wird erkannt und Maßnahmen zur Steigerung der Maschinenproduktivität oder zur Reduzierung der Stillstands Zeiten beim Anlagenbetreiber können umgesetzt werden. Aber auch produzierenden Unternehmen verschiedener Branchen können von dem ganzeinheitlichen Lösungsansatz profitieren. Die Kombination von TIA und MindSphere ermöglicht eine nahtlose Zusammenarbeit aller Automatisierungskomponenten um frühzeitig Anlagenausfälle in Produktionsumgebungen zu erkennen und zu verhindern. Dabei bietet gerade die Durchgängigkeit des Automatisierungsportfolios hin zur Cloud Mehrwert in Bezug auf Zukunftssicherheit und Investitionsschutz.

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