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Industrie 4.0 in der Realisierungsphase

Auf dem Messestand der SPS IPC Drives zeigt Hilscher zusammen mit Partnern ein Industrie-4.0-Use-Case für die Prozessautomation

Auf dem Messestand der SPS IPC Drives zeigt Hilscher zusammen mit Partnern ein Industrie-4.0-Use-Case für die Prozessautomation

Stefan Körte ist Bereichsleiter Vertrieb und Marketing bei Hilscher

Stefan Körte ist Bereichsleiter Vertrieb und Marketing bei Hilscher

Das „netIOT Edge Gateway“ sorgt für nahtlose Kommunikation von der Feldebene in die Cloud

Das „netIOT Edge Gateway“ sorgt für nahtlose Kommunikation von der Feldebene in die Cloud

Die nahtlose Integration vom Sensor bis in die Cloud stellt eine Voraussetzung dar, um Industrie-4.0-Anwendungen zu ermöglichen. Mit der Industrial Cloud Communication steht dafür von Hilscher und Partnerunternehmen eine komplette Infrastruktur zur Verfügung, für die nun auf der SPS IPC Drives 2016 bereits ­Use-Cases in der Fertigungs- und in der Prozessautomation gezeigt werden. Die etz-Redaktion sprach darüber exklusiv mit Stefan Körte, Bereichsleiter Vertrieb und Marketing bei Hilscher.

Im Produktionsbereich fallen eine Unmenge an Daten an. Ziel von Hilscher ist es, alle Daten lückenlos zu Analysezwecken zu speichern und auszuwerten. Online- und Offline-Analysen in bisher unbekanntem Ausmaß sind möglich. „Industrie 4.0 und Industrial Internet bedeuten für uns, die bisherigen Automatisierungsstrukturen neu zu denken“, betont S. Körte. „Es geht darum, bisher bestehende Grenzen zu überschreiten und über den Tellerrand hinauszukommen.“ Als Beispiel nennt er, die Kommunikation aus der Automatisierungstechnik bis in die IT-Welt zu gewährleisten, ohne dort große Eingriffe auf die vorhandenen Strukturen erforderlich zumachen. „Gefordert wird eine durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud“, berichtet er weiter. „Wir nennen das Industrial Cloud Communication und ‚netIOT‘ ist unsere Technologie dazu.“ ­Industrial Cloud Communication bedeutet, das auf der existierenden Kommunikationsinfrastruktur die Industrie 4.0 bzw. Industrial Internet Informationen parallel und rückwirkungsfrei zu den Real-Time-Ethernet-Daten übertragen werden und anschließend über „netIOT Edge Gateways“ gesammelt, verdichtet und an eine Cloud übergeben werden.
Eine wesentliche Rolle spielt dabei die „netPROXY“-Technologie. Diese beschreibt ein „abstraktes Modell für die Datenübergabe von einem Gerät zum jeweils gewählten Realtime Ethernet innerhalb einer Kundenapplikation“, so S. Körte. Damit müssen die Daten nur einmal zugeordnet werden und die Zuordnung kann für verschiedene Realtime-Ethernet-Systeme genutzt werden. Parallel dazu erlauben Webserver, OPC UA oder MQTT vom IoT-Edge-Gateway aus den Zugriff auf die in die Cloud übertragenen Gerätedaten. Bereits seit einiger Zeit wird dabei die Cloud-Plattform Bluemix von IBM und SAP genutzt. „Dies findet nicht nur hohe Akzeptanz bei den Geräteherstellern für die Automatisierung, sondern bildet auch gleich den Brückenschlag zur IT-Welt“, schließt der Hilscher-Manager an.

Direkt in die SAP Hana Cloud
Inzwischen hat sich die Zusammenarbeit zwischen SAP und Hilscher gut entwickelt und beide Unternehmen sind eine Partnerschaft eingegangen, um die nahtlose Integration der Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT = Operational Technology) in Automatisierungsanlagen zu realisieren. „Zusammen sind wir in der Lage, den bidirektionalen Zugang von Sensoren- oder Stellantriebsdaten an die SAP-Plattform und das SAP AIN (Asset Intelligence Network) über unser ‚netIOT Edge Gateway‘ bereitzustellen.“, erläutert S. Körte dazu. „Wir überbrücken für SAP die sogenannte ‚last mile‘ zur Automatisierungsebene im Fertigungsunternehmen.“
Die Produktionstechnologie kann durch die zentrale Verwaltung aller Ressourcen und vorbeugende Wartung optimiert werden. Die Gerätehersteller können gleichzeitig die Nutzung und den Betrieb ihrer Produkte im Feld überwachen und verbessern. Es können neue Geschäftsmodelle implementiert werden, beispielsweise Pay-per-Use und funktionsabhängige Abrechnung.
Zudem ist der Zugang des Asset Intelligence Network bis hinunter in das Feld möglich, was während der Montage, der Wartung und des Betriebs des Produktionssystems die automatisierte Verwaltung aller Geräte im Fertigungsprozess erlaubt. Dabei folgt die integrierte Lösung vom Sensor bis zur Cloud den bisher ausgearbeiteten Strukturen der Referenzarchitekturen der Plattformindustrie 4.0 und des Industrial Internet Consortiums.

Das Wertschöpfungsnetzwerk Asset Intelligence Network
Zur SPS IPC Drives 2016 zeigt nun der Hersteller bereits konkrete Use-Cases. Eine wichtige Rolle spielt dabei das Asset Intelligence Network (AIN) als Wertschöpfungsnetzwerk für Assets aus dem Shopfloor. „Das Netzwerk verknüpft sämtliche Geschäftspartner und deren betriebswirtschaftlichen Prozesse und Systeme“, weiß der ­Hilscher-Manager. „Was bisher fehlte, war die Verbindung zur ­Automatisierungsebene.“ Dies zeigt nun Hilscher auf seinem Messestand in zwei Use-Cases einmal für die Fertigungs- und das andere Mal für die Prozessautomation. Die bidirektionale Kommunika­tion zwischen Shopfloor-Ebene und Asset Intelligence Network übernimmt in beiden Fällen das „netIOT Edge Gateway“. Das Edge-Gateway wertet als Busteilnehmer die Kommunikation des Netzwerks aus und ermittelt so die aktuelle Netztopologie. Jeder Netzteilnehmer hat eine eigene ID, aus der die Instanz der Komponente gebildet wird. Eine solche kann auch neu angelegt werden.
Der Integrationsaufwand für den Anwender wird damit drastisch reduziert. „Im AIN werden digitale Zwillinge der Teilnehmer aus der Automatisierungsebene generiert, verwaltet und aktuell gehalten“, erläutert S. Körte. Alle Änderungen in der Produktionsebene sind somit auch sofort im AIN beim digitalen Zwilling generiert.
„Mit den Daten des digitalen Abbilds können alle ­Automatisierungsgeräte vom AIN aus auch mit aktuellen Daten versorgt werden, zum Beispiel für die Konfiguration bei einem Gerätetausch“, setzt der Automatisierungsspezialist fort. „Der digitale Zwilling in der Cloud verwaltet und bildet die Daten der Automatisierungsgeräte der Fertigungsanlage exakt ab.“ Außerdem müssen alle relevanten Daten vollständig und aktuell bleiben, in dem das AIN die Daten ständig mit denen der realen Anlage abgleicht. Unter dieser Voraussetzung können Schwachstellen im AIN aufgespürt und die Produktionsprozesse permanent optimiert werden. Basierend auf den vorhandenen Daten lassen sich Ersatzteile einfacher beschaffen. Die Instanzen werden mit den Typinformationen ergänzt, die von PLM- oder Engineeringsystemen stammen.

Use-Cases: Vom Sensor in die Cloud
Auf der Messe wird für den Bereich Fertigungsautomation nun ein Use-Case gezeigt, bei dem die Daten aus einem Wegmesssystem von Pepperl+Fuchs über das Edge-Gateway in das AIN gelangen. Ein typisches Anwendungsfeld stellt eine Förderanlage dar. Auch für den Bereich Prozessautomation zeigen auf der Sensor-Aktor-Ebene die Unternehmen Endress-Hauser (E+H), Pepperl+Fuchs und Samson eine reale Applikation. „Das Coriolis-Durchflussgerät von E+H und das Samson-Stellventil geben ihre Informationen über ein Wireless-Hart-Modul von Pepperl+Fuchs weiter, welches für die Konnektivität der Hart-Feldgeräte sorgt“, erklärt der Bereichsleiter. „Dieses ist wiederum mit dem IoT-Edge-Gateway verbunden und damit die Verbindung zur SAP Hana Cloud hergestellt.“
Für ein weiteres gezeigtes Anlagenteil leiten ein Coriolis-Durchflussgerät und das Samson-Stellventil ihre Daten über Profibus PA und einen Profi­bus-PA-Segmentkoppler an Profinet weiter. Stellventile und Durchflussmessgeräte können sich in Ex-geschützten Bereichen befinden, daher ist der Einsatz von Wireless Hart oder Profibus PA zwingend. An Profinet angeschlossen ist ebenfalls das Prozessleitsystem mit seinen Engineering- und Operator-Stationen. Ein IoT-Edge-Gateway sammelt die Informationen wiederum aus dem Profinet für die Cloud-Plattform. Somit stehen alle relevanten ­Informationen direkt in der SAP Hana Cloud zur Verfügung.
Für den Betrieb der Durchflussmessgeräte und der Stellventile ergeben sich eindeutige Vorteile: Dazu ­gehört die permanente, eindeutige Statusüberwachung vom Sensor oder Ventil bis zum Ausgangssignal gemäß der Namur-Empfehlung NE 107. Weiterhin können Prozesseinflüsse detektiert werden. Beim Stellventil sind das zum Beispiel der Verschleiß der Drosselgarnitur und die dynamische Belastung der Abdichtungselemente. Beim Sensor gehören Korrosion, Abrasion, Belagsbildung und Gaseinschluss dazu. Damit ist eine wichtige Grundlage für Aussagen zur Verfügbarkeit und zum Nutzungsvorrat geschaffen. Die Cloud-Integration vereinfacht Engineering, Betrieb und Instandhaltung der Sensoren und der Stellventile.
In der SAP Hana Cloud werden die Produktionsdaten für IoT-Services ­genutzt. SAP-Partner können zum Beispiel Geräte- und Fachgebietspezifische Analysen und Algorithmen anbieten. Mögliche Anwendungen sind Condition Monitoring und Predictive Maintenance von ­Anlagen und Komponenten. Auch steht eine Entwicklungsumgebung für Apps zur Verfügung, mit der weitere nützliche Anwendungen entwickelt werden können. „Der Use-Case ist keineswegs nur eine Messepräsentation auf der SPS IPC Drives, sondern für den konkreten Einsatz im Bereich der Prozessindustrie bereits vorgesehen“, schließt S. Körte ab. Auf dem Hilscher-Messestand werden die ­Industrie-4.0-Realisierungen in einer Gemeinschaftsaktion der Firmen Hilscher, IBM, SAP sowie der genannten Feldgerätehersteller gemeinsam vorgestellt. (hz)

Neue ASIC-Generation für Industrie 4.0

Neue Generation der Netzwerk-Controller „netX 4000“ und „netX 90“

Neue Generation der Netzwerk-Controller „netX 4000“ und „netX 90“

Auf seinem Messestand auf der SPS IPC Drives 2016 (Halle 2, Stand 340) zeigt der Kommunikationsspezialist Hilscher
die neue ASIC-Generation der Netzwerk-Controller netX 4000 und netX 90. Beide Chips sind optimal für die Belange von Industrie 4.0 ausgelegt. Dafür enthalten die Controller auch die Hardwarevoraussetzungen für komplexere Security-Lösungen. Neben den heute etablierten Protokollen können diese Bausteine parallel die Anforderungen der IoT-Protokolle OPC/UA und MQTT handhaben. Zudem ­bieten sie mit ihrer Zweiprozessor-Architektur genug Power und Flexibilität, um zukünftige Anforderungen für Security- Routinen oder neuen Protokolle, wie TSN, zu meistern. Da ein Prozessor exklusiv für die anwendungsspezifische Applikationssoftware zur Verfügung steht, steht dem Einsatz von Embedded Linux als Softwarebasis für kundeneigene Programme nichts im Wege.
Der netX 4000 ist ein hochintegrierter Master-Chip für alle Anforderungen von Realtime-Ethernet und IoT. Sein separater Kommunikationsprozessor ist variabel konfigurierbar. Da OPC/UA und MQTT bereits als Stack implementiert sind ist er für Industrie-4.0-Anwendungen prädestiniert. Zudem ist der Controller Hardware­optimiert für Security-Funktionen.
Dem gegenüber ist der netX 90 ein Kommunikations-ASIC mit Slave-Stacks für alle möglichen Feldgeräte mit IoT on Board. Für eine applikationsunabhängige Echtzeit-Kommunikation besitzt der auch als Chip-Carrier Hybrid-Baustein verfügbare Controller eine separate Kommunikations-CPU. Für eine sichere Kommunikation sorgen die integrierten Security-Funktionen.