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IIoT für Neu- und Bestandsanlagen

01 Beim Retrofit von Bestandsanlagen kommt der Datenkommunikation im heterogenen Maschinenpark eine Schlüsselfunktion zu.  Dafür bietet HMS mit dem IIoT-Gateway „eWON Flexy 205“ eine passende Lösung

01 Beim Retrofit von Bestandsanlagen kommt der Datenkommunikation im heterogenen Maschinenpark eine Schlüsselfunktion zu. Dafür bietet HMS mit dem IIoT-Gateway „eWON Flexy 205“ eine passende Lösung

02 Für die Kopplung an die Steuerungen unterstützt das IIoT-Gateway „eWON Flexy 205“ eine   Vielzahl von seriellen, Feldbus- und SPS-Protokollen. So lassen sich auch ältere Steuerungen in moderne Automatisierungssysteme einbinden

02 Für die Kopplung an die Steuerungen unterstützt das IIoT-Gateway „eWON Flexy 205“ eine Vielzahl von seriellen, Feldbus- und SPS-Protokollen. So lassen sich auch ältere Steuerungen in moderne Automatisierungssysteme einbinden

03 Schritt für Schritt zur Steigerung der Wertschöpfung aus Bestandsanlagen

03 Schritt für Schritt zur Steigerung der Wertschöpfung aus Bestandsanlagen

Mit dem IIoT-Gateway „eWON Flexy 205“ lassen sich sowohl Neuanlagen (Greenfields) als auch Bestandsanlagen (Brownfields) in moderne automatisierte Prozesse einbinden. Ohne die existierende Steuerungshardware oder -software ändern zu müssen, können nun auch ältere Maschinen und Anlagen mit den modernen industriellen IT-Systemen kommunizieren. Zusammen mit einem Netzwerk von qualifizierten Partnern bietet HMS eine Komplettlösung an, die Maschinen und Anlagenbetreibern die Erfassung sowie die Analyse von Maschinendaten zur Erschließung zusätzlicher Wertschöpfungspotenziale ermöglicht – auch für bestehende Anlagen.
Betreibern von Produktionsanlagen ist heute klarer denn je, dass das Optimierungspotenzial einer Produktionsinfrastruktur durch die Nutzung intelligenter Automatisierung groß ist und durch einen höheren Automatisierungsgrad zusätzliche Wertschöpfungspotenziale aus den Bestandsanlagen generiert werden können. Da ältere Maschinen oftmals bereits abgeschrieben sind, ist der wirtschaftliche Effekt einer gesteigerten Produktivität – ohne größere Neuinvestitionen – besonders interessant und sehr hilfreich, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Dreh- und Angelpunkt bei der Modernisierung der Automatisierungstechnik sind die Betriebsdaten der Maschinen, die möglichst exakt zu erfassen und auszuwerten sind. Zudem müssen die Rückschlüsse dieser Auswertungen auch auf andere Produktionsstandorte übertragbar sein – unabhängig davon, ob es sich um neue Anlagen oder um Bestandsanlagen – sogenannte Brownfield-Anlagen – handelt.
Hürden im heterogenen Maschinenpark überwinden
Bei der Modernisierung sind einige Hürden zu überwinden: In vielen Produktionsstätten arbeiten Geräte, Maschinen und Anlagen nicht selten aus drei oder vier unterschiedlichen Jahrzehnten autark und ohne Anbindung an ein übergeordnetes Produktionssystem an einem Auftrag. So heterogen wie der Maschinenpark ist auch die Schnittstellenlandschaft in einer typischen Fertigungshalle (Bild 1). Um hier die notwendige Übersicht zu erhalten, ist heute noch viel manuelle Arbeit notwendig: Daten müssen von einzelnen Maschinen abgelesen, händisch notiert und schließlich in Excellisten oder in Produktionssysteme eingetragen werden. Dies ist nicht nur zeitraubend, sondern auch fehleranfällig, teuer und ineffizient. Zudem geht damit immer ein Informationsverlust einher. Dabei ist es in vielen Fällen ganz einfach, die wichtigsten Informationen aus einer bestehenden Maschine für Online-Auswertungen zu gewinnen und für Optimierungszwecke zu nutzen.
Flexibilität und Schnittstellen sind gefragt
Damit sich die Modernisierung von Bestandsanlagen möglichst schnell amortisiert und das Risiko von Produktionsstörungen durch Veränderungen minimiert werden kann, ist es sinnvoll, die Maschinensteuerung mit ihrer Hard- und Software möglichst unverändert zu belassen. Oft stimmt die Dokumentation nämlich nicht mehr mit der aktuellen Version des SPS-Programms überein, oder das schon etwas in die Jahre gekommene Konfigurationsprogramm ist unter der aktuellen Windows-Version nicht mehr lauffähig. Getreu dem Motto „Never touch a running system“ gilt es bei der Modernisierung nur mit den Möglichkeiten auszukommen, die von der jeweiligen Steuerung standardmäßig unterstützt werden. Diese Herausforderung lässt sich am besten durch den Einsatz eines Gateways lösen, das einerseits möglichst viele der verschiedenen SPS- und Feldbusprotokolle beherrscht und andererseits für die Kopplung mit den modernen IT-Systemen die aktuellen Kommunikationsstandards, wie OPC UA und MQTT, unterstützt. Genau an dieser Stelle setzt das Flexy 205 IIoT-Gateway von HMS und seinem Vertriebspartern Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG an.
IoT-Upgrade für Bestandsanlagen
Das IIoT-Gateway ist ein modular aufgebauter Fernwartungs- und M2M-Router für Fernwartung und Datendienste. Für die Kopplung an die Maschinensteuerungen wird eine Vielzahl von seriellen, Feldbus- und SPS-Protokollen unterstützt. Das Gateway kann so mit fast allen aktuellen und vielen älteren Steuerungen verbunden werden. Unterstützt werden unter anderem Steuerungen von ABB, Hitachi, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric, Siemens und Rockwell/Allen Bradley. Auch proprietäre Protokolle, wie zum Beispiel Siemens MPI, werden unterstützt (Bild 2). Das Gateway Flexy 205 wird über den Konfigurationsport der Steuerung angebunden und hat damit Zugriff auf die Programm- sowie Datenbereiche der Steuerung – ohne dass dazu das SPS-Programm oder die Konfiguration der Steuerung geändert werden muss. Die Kopplung an die modernen IT-Systeme erfolgt entweder lokal oder remote über eine sichere VPN-Verbindung und standardisierte Protokolle wie OPC UA oder MQTT.
In kleinen Schritten zum Ziel
Je nachdem welcher Automatisierungsgrad in der jeweiligen Bestandsanlage vorliegt, ist es zunächst einmal sinnvoll ein Augenmerk auf die Maschinenverfügbarkeit und die tatsächliche Auslastung zu legen. Gibt es mehrere gleiche Maschinen in der Anlage, ist ein Benchmarking der einzelnen Maschinen sowie der jeweiligen Vorgehensweise bei der Bedienung sinnvoll. In der Praxis hat es sich bewährt, zunächst einmal mit kleinen Schritten anzufangen und Erfahrungen zu sammeln, bevor man anlagenweite oder gar standortübergreifende Maßnahmen einleitet. Oft lassen sich schon durch einfache Maßnahmen, wie das Einrichten des Fernzugriffs zur Unterstützung im Fehlerfall durch den Maschinenhersteller, beachtliche Verbesserungen erzielen. Denn dadurch entstehen auch Möglichkeiten für die vorausschauende Wartung. Der Weg ist das Ziel und Warten, bis es eine allgemein gültige Patentlösung gibt, ist die schlechteste Option. In der Praxis hat sich diese Herangehensweise in drei Schritten bewährt:

  • Im ersten Schritt wird der Fernzugriff auf die jeweilige Steuerung an der Maschine vor Ort durch den Anschluss des „eWON Flexy“ hergestellt, welches als VPN-Router fungiert. Über das Vermittlungsportal „Talk2M“ erfolgt der Remote-Zugriff auf die Steuerung vor Ort über eine
    sichere VPN-Verbindung. Die „eWON“-Technologie wendet die Guidelines für Cyber Security in industriellen Anwendungen gemäß ISA62443 sowie NIST SP800 nach dem „Defence in Depth“-Prinzip für die gestaffelte Verteidigung konsequent an und genügt so höchsten Sicherheitsanforderungen.
  • Nach dem Herstellen eines sicheren Fernzugriffs auf die Anlage werden im zweiten Schritt wichtige produktions- und qualitätsrelevante Maschinendaten, wie Betriebszustand, Auslastung und Output, kontinuierlich erfasst, visualisiert und für die Auswertung an übergeordnete Systeme, Analysetools sowie Datenbanken bereitgestellt. Über die VPN-Verbindung können sowohl der Anlagenbetreiber als auch der Hersteller der Maschine die Maschinendaten analysieren und überwachen. Oft ist es sinnvoll, zunächst einmal wenige Datenpunkte über einen längeren Zeitraum aufzuzeichnen und wichtige Ereignisse, wie Störung, Pause oder Qualitätsproblem, im Datenstrom zu kennzeichnen.
  • Der dritte Schritt ist das Erkennen von Zusammenhängen sowie das Ableiten von Maßnahmen zur Optimierung der Produktivität. Zum Beispiel können mit vorausschauender Instandhaltung die Verfügbarkeit erhöht und Kosten reduziert werden. Anhand der gesammelten Daten lassen sich Energie- sowie Ressourcenverbrauch ermitteln, darstellen und reduzieren. Ebenso bilden die Maschinendaten die Grundlage, um die Auslastung zu optimieren und den Durchsatz zu erhöhen.

Über dieselbe VPN-Verbindung sind weitere Anwendungen realisierbar (Remote Services), die echten Mehrwert schaffen und die Integration der einzelnen Anlagenteile zu einem aufeinander abgestimmten Gesamtsystem optimieren. Remote Services sind Basis für intelligentere und flexiblere Fabriken und ermöglichen neue digitale Geschäftsmodelle mit Fokus auf einer Lebenszyklus- und Serviceoptimierung. Unter den Rahmenbedingungen von Industrie 4.0 können Unternehmen ihre Produkte auf ganz neue Weise anbieten oder zusätzlichen Kundennutzen durch Mehrwertservices über den Produktlebenszyklus hinweg erzeugen. Die Vorgehensweise lässt sich anhand einer Pyramide anschaulich darstellen, (Bild 3).
Partnerschaftlich zur Komplettlösung
Beim Retrofit von Bestandsanlagen kommt der Datenkommunikation über flexible IIoT-Gateways eine Schlüsselfunktion zu. Um mit allen Komponenten in heterogenen Produktionsumgebungen zu kommunizieren, ist eine Vielzahl von Schnittstellen in alle Richtungen der Prozesskette eine Grundvoraussetzung. Mit dem IIoT-Gateway „eWON Flexy 205“ stellt HMS eine Lösung vor, die Daten aller gängigen Systeme und Komponenten unterschiedlicher Hersteller zusammenzuführen und in übergeordnete IT-Systeme einbinden kann. Für die Bereiche Datenvisualisierung, Datenanalyse und der datenbasierten Optimierung von Geschäftsprozessen hat HMS ein umfangreiches Netzwerk spezialisierter Partner aufgebaut. Die HMS IIoT-Partner bieten aufbauend auf der HMS-Kommunikationstechnik spezialisierte Lösungen an, mit denen sich zum Beispiel vorausschauende Wartung, Berichterstellung, Mustererkennung, Energiemanagement, Gebäude-, Wasser- und Prozessautomatisierung sowie Big-Data-Anwendungen und Retrofit-Applikationen realisieren lassen. So entsteht eine Komplettlösung, mit der Anlagenbetreiber neue Wertschöpfungspotenziale mit Bestandsanlagen realisieren können. (no)

Michael Volz ist Unternehmensberater und Senior Advisor bei HMS Industrial Networks in Karlsruhe. info@hms-networks.de

Michael Volz ist Unternehmensberater und Senior Advisor bei HMS Industrial Networks in Karlsruhe. info@hms-networks.de