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Industrie-4.0-Plattform für flexible Produktion

01  Über Controller und Steuerungsrechner gesammelte Daten werden in einer Private oder auch Public Cloud gespeichert

01  Über Controller und Steuerungsrechner gesammelte Daten werden in einer Private oder auch Public Cloud gespeichert

02  Das Produktportfolio erstreckt sich von auf Hutschienen montierbaren Geräten (eXware700) über Schaltschrank-Einbaugeräte (eX700 Series) bis hin zu feldtauglichen IP67-Geräten (eX700 Field)

02  Das Produktportfolio erstreckt sich von auf Hutschienen montierbaren Geräten (eXware700) über Schaltschrank-Einbaugeräte (eX700 Series) bis hin zu feldtauglichen IP67-Geräten (eX700 Field)

03  „JMobile“ ist das Framework für die X-Plattform

03  „JMobile“ ist das Framework für die X-Plattform

04  Das IoT-Panel: eX700 Field IoT Web-Based HMI

04  Das IoT-Panel: eX700 Field IoT Web-Based HMI

HMI, Anlagen- und Maschinensteuerung sowie IoT-Gateway werden nun in einer Plattform vereint. Mit der X-Plattform steht ein IoT-Baukasten zur Verfügung, der Anwender unterstützt, mit bewährter Technik den Schritt von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0 zu gehen. Einfache Bedienung steht dabei im Fokus.

Industrie 4.0 – der Begriff bleibt oft ziemlich nebulös. Viele Firmen sind noch nicht einmal bei Industrie 3.0 angekommen und schon kommt die nächste Revolution. Umso wichtiger ist es, dass Anwender über die richtigen Werkzeuge verfügen.
Kann der Blick in die Wolke hier die erforderliche Klarheit bringen? Ja, denn die Vernetzung von Maschinen über die Cloud ist eines der zentralen Merkmale, um die Produktivität zu steigern. Voraussetzung dafür ist die Digitalisierung. Maschinen und Anlagen werden mit dem Internet vernetzt. Mithilfe von 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.
Was bedeutet das in der Realität? Fertigungsfirmen müssen an ihrem derzeitigen Stand des Vernetzungs- und Automatisierungsgrads abgeholt werden und bei der digitalen Transformation begleitet werden.

Flexiblere Produktion mit Industrie 4.0
Über Controller und Steuerungsrechner gesammelte Daten werden in einer Private oder auch Public Cloud gespeichert. So haben Spezialisten die Möglichkeit, Echtdaten in ihrer Simulation zu verwenden und damit den Produktionsprozess weiter zu optimieren (Bild 1). Zudem kommen Analysewerkzeuge aus dem Big-Data-Umfeld zum Einsatz, um mögliche Fehler schon im Vorfeld zu erkennen und zu verhindern (Predictive Maintenance).
Mit der X-Plattform von Exor steht ein IoT-Baukasten zur Verfügung, der Anwender unterstützt, mit bewährter Technik den Schritt von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0 zu gehen. Die Plattform beruht auf einem All-in-one-Konzept mit HMI, PLC und Cloud-Edge-Gateway. Die Multiprotokollfähigkeit ermöglicht es, auch ältere Applikationen in die Digitalisierung einzubinden. Die Plattform nutzt die Schnittstellentechnologien, die auch im Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 vorgesehen sind. Hierzu gehört zum Beispiel OPC UA.
Die Plattform kann mit oder ohne Display zur Maschinen- oder Anlagensteuerung verwendet werden. Gleichzeitig dient dieselbe Hard- und Softwarearchitektur zur Integration in die Vernetzung der Fabrikautomation. Die Produktionsdaten der Plattform lassen sich in einem lokalen leistungsfähigen Fog/Edge-Computer verarbeiten, denn in vielen Unternehmen wird der Einsatz einer externen Cloud aus Gründen der Security noch vermieden.
Die X-Plattform zeichnet sich durch seine Durchgängigkeit und ­Skalierbarkeit aus. Das Produktportfolio erstreckt sich von auf Hutschienen montierbaren Geräten („eXware700“), über Schaltschrank-Einbaugeräte („eX700 Series“) bis hin zu feld­tauglichen IP67-Geräten („eX700 Field“) (Bild 2). Alle Produkte basieren auf Linux mit der Echtzeiterweiterung der OSADL.
Für die entsprechende Leistungsfähigkeit sorgt der bewährte Micro-SOM mit IMX6-Dual-Lite-1,0-GHz- und IMX6-Quad-1,2-GHz-Prozessoren. Für die Vernetzung stehen drei Ethernet-Schnittstellen mit drei MAC-Adressen zur Verfügung. Die integrierte Open-VPN- und Open-SSL-Lösung ermöglicht einen schnellen Zugang zu den Maschinen und Anlagen. Hierzu gibt es das einfach bedienbare Portal JM-Cloud Connect. Als Steuerung dient Codesys nach IEC 61131-3. Unterstützt werden traditionelle Feldbusse, wie CAN, Modbus RTU, Profibus und KNX sowie Ethernet-basierende Protokolle, wie Profinet, Ethercat, Ethernet/IP, Powerlink und Bacnet. Ein OPC-UA-Interface ist implementiert.
Ebenso wurde bereits Ethernet TSN entsprechend dem Standard IEEE 802.1 TSN (Time Sensitive Network) implementiert. Als Kommunikationsprotokoll dient hier der OPC-UA-Pub/Sub-Standard. Damit steht ein IoT-tauglicher Kommunikationsstandard mit Echtzeitverhalten zur Verfügung. Über ein Modulkonzept lassen sich beliebige Schnittstellen sowie Ein- und Ausgänge erweitern. Neben der GPRS-Anbindung sind Funkschnittstellen, wie WiFi, NFC und Bluetooth, integriert. Auf einfache Weise lässt sich so das IoT-Gateway realisieren.
Mit dem „JMobile Studio“ – eine moderne und innovative Framework Softwarelösung – lassen sich beliebige Applikationen intuitiv und professionell für die X-Plattform erstellen (Bild 3). Für die einfache Cloudprogrammierung ist Node-RED im „JMobile-Studio“ integriert. Damit werden Nodes und Flows für die Kommunikation in die Cloud erstellt. Moderne Software-Technologien, wie Yocto, Docker, QT, SVG, Node js und HTML5, kommen bei der Plattform zum Einsatz. Bei dem All-in-one-Designstudio entscheidet der Anwender, ob das Projekt für die Runtime oder als HTML für die Webvisualisierung („JM4web“) ­erzeugt wird. In der Ausprägung für webbasierte Applika­tionen kann die Visualisierung zum Beispiel über den Web­browser Chromium angezeigt werden.
Moderne und flexible Canvas Widgets ermöglichen dem Benutzer die Gestaltung einer bedienerfreundlichen Navigation, einer besseren Übersicht der Verwaltung mit Remote- und Reportwerkzeugen und einer besseren lokalen oder dezentralen Bedienung. Die „JMobile“-Client-Server-Architektur basiert auf aktuellen Webtechnologien, 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. Eine umfangreiche Bibliothek von Symbolen, Widgets und erweiterten Funktionalitäten (E-Mail, RSS, PDF-Berichterstattung, Zeitplaner, HTML5 Browser) ermöglicht den Einsatz von „JMobile“ in einer Vielzahl von Anwendungen der Industrie, im Gebäude und im Schiffbau.

Das IoT-Panel
Besonders das eX700 Field IoT Web-Based HMI eignet sich als IoT-Panel (Bild 4). Es zeichnet sich durch seine robuste und schlanke Bauform mit einer Schutzklasse von IP69K aus. Mit den Größen 5 Zoll, 7 Zoll, 10 Zoll, 15 Zoll und 21 Zoll lässt sich das nur 15 mm dicke Panel ideal in das ­Maschinen- und Anlagen-Design integrieren. Die paten­tier­­te Befestigung über eine Standard-22-mm-Bohrung sorgt für die Montage an jeder beliebigen Stelle einer Maschine oder Anlage.
Ebenso ist eine Vesa-Befestigung an einem Tragarm möglich. Über den PCAP-Multitouch wird das leuchtstarke Display einfach bedient. Es kann auch im Außenbereich eingesetzt werden. Die Touch-Screen-Nutzung gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit für die industrielle Steuerung.
Das Gerät wird über Power over Ethernet mit Spannung versorgt. Eine Vielzahl an integrierten Sensoren gibt einen umfangreichen Aufschluss über den Ort, den Umgebungsbedin­gungen der Maschine oder Anlage und lässt eine aktive Interaktion zu. Zu ­diesen Sensoren gehören:

  • kapazitiver Glas Touch mit Multi­finger Handschuhbedienung,
  • RGB Color Emotion LED,
  • Kamera-Sensor (Identifikation, ­Fotos und Video Aufnahmen, ­Telefonie, …),
  • Lichtintensitäts-Sensor zum ­Erkennen der Lichtstärke in der Umgebung,
  • Abstandssensor zum Identifizieren eines Bedieners,
  • Drucksensor,
  • Höhensensor,
  • Temperatursensor,
  • Luftfeuchtigkeitssensor (Dichtigkeit),
  • Vibrationssensor (Schock- und ­Vibrationserkennung),
  • Beschleunigungssensor sowie
  • Neigungssensor.

Fazit
Mit der X-Plattform werden HMI, Anlagen- und Maschinensteuerung sowie IoT-Gateway auf eine Basis gebracht. Umfangreiche Bibliotheken werden dem Anwender zur Verfügung gestellt, so dass die Umsetzung der Applikation durch wenige Klicks ermöglicht wird. Das Portfolio für die digitale Transformation ist sehr breit und reicht von Embedded- und kundenspezifischen Lösungen auf Basis von HMI und IoT Gateway bis FOG-Computing. (hz)

Dipl.-Ing. Olaf Prein ist Geschäftsführer der Exor Deutschland GmbH in Wuppertal. olaf.prein@exor.de