Die Cloud-Dienste der vier amerikanischen Technologie-Riesen Apple, Microsoft, Amazon und Google können den Alltag erheblich vereinfachen: Urlaubsfotos nicht mehr auf dem begrenzten Smartphone-Speicher, sondern im persönlichen Online-Ordner ablegen; Kalendereinträge und Kontakte auf gleich mehreren Geräten synchronisieren; oder gemeinsam am Planungs-dokument für die kommende Vereinsfeier arbeiten. 
Verständlich, dass Unternehmen die Vorzüge des Cloud Computing auch in industriellen Anwendungen nutzen wollen – mit speziellen Anforderungen, aber einem doch gemeinsamen Ziel: Daten effizient zu nutzen, ohne Netzwerk und Speicherplatz unnötig zu belasten. 
Für Industrial Clouds gilt es dabei, aus den vielen Informationen, die Feldgeräte wie etwa Sensoren oder RFID-Schreib-Lese-Köpfe sammeln, vorab die jeweils relevanten Werte herauszufiltern – also Big Data auf Smart Data zu reduzieren. Mit diesen Daten avanciert die Cloud zu weitaus mehr als nur einem Speicherort: Sie unterstützt Anwender beispielsweise bei der Integration neu angeschlossener Geräte, warnt automatisch bei kritischen Anomalien oder visualisiert die Betriebszeiten verschiedener Werkzeuge. Dank durchgängiger Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud und zurück, wie sie zum Beispiel Turck anbietet, entsteht ein intelligenter Austausch zwischen Feldebene, Steuerung, Datenwolke und – sobald nötig – dem zuständigen Service-Mitarbeiter.

Zugriff auf Zusatzdaten

Mit dem Kommunikationsstandard IO-Link beginnt die Digitalisierung bereits im direkten Maschinenumfeld. Viele Feldgeräte verfügen inzwischen über Prozessoren, die neben den Nutzdaten weitere Informationen bereitstellen – etwa Diagnosedaten oder Geräteinformationen. Parallel zum eigentlichen Messwert ermöglicht IO-Link übergeordneten Systemen den Zugriff auf diese Zusatzwerte. Damit wird ein IO-Link Device wie ein Sensor zu einem sprechenden Teilnehmer, was am anderen Ende der Automationspyramide wiederum die Verwendungsmöglichkeiten von Cloud-Diensten erhöht.

Vorverarbeitung von Signalen

Der Ultraschallsensor liefert eine doppelte Zustandsüberwachung, indem er neben dem Füllstand auch kontrolliert, ob sich Schaum auf der Oberfläche bildet.

© Turck

Um die Datennutzung oberhalb der Feldbus-Ebene auf Smart Data zu beschränken, ist dezentrale Intelligenz erforderlich. Das heißt: Ein Vorver-arbeiten von Signalen erfolgt bereits im Feldbus-Modul. Im IO-Link-Master TBEN-L-8IOL von Turck zum Beispiel können Anwender direkt konfigurieren, welche Variablen in die Cloud übertragen werden.
Dezentrales Auswerten von Daten bedeutet darüber hinaus, zeitkritische 
Messungen vor Ort im Modul durchzuführen, ohne Kommunikationsnetze zusätzlich zu belasten. Auf diese Weise bleiben auch Prozessabfolgen im Millisekunden-Takt ungestört, während lediglich bestimmte Daten zur weiteren Verwendung übertragen werden. In die Cloud führen dazu mehrere Wege: kabelgebunden über die IP67-Steuerung TBEN-L5-PLC-10 oder per Drahtlosverbindung über das Cloud-Gateway TCG20 mit WLAN oder Mobilfunk.

Geräte-Identifikation samt IODD-Abgleich

Turcks Cloud-Dienst kann entweder auf dem eigenen Firmenserver oder als Public Cloud im zentralen Datenzentrum gehostet werden – die Kommunikation erfolgt dabei über ein verschlüsseltes Protokoll.

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Wo zahlt sich das Zusammenspiel von Cloud und IO-Link aus? Beispielsweise bei der Identifikation von Geräten, wenn technisches Personal einen Sensor in Betrieb nimmt oder eine Wartung durch-führt. Dabei kann schnell wertvolle Zeit verloren gehen, gelegentlich unterlaufen auch Fehler. Sinnvoller ist es, die Cloud an eine zentrale Datenbank mit sämt-lichen IO-Link-Geräte-beschreibungen anzubinden. Ein neu angeschlossenes Gerät im Feld übermittelt dann seine Hersteller- und Geräte-ID an die Cloud, einschließlich der Parameter und Kommunikationseigenschaften. Es folgt ein Abgleich mit der Datenbank, um die zum Sensor gehörende IODD zu identifizieren. Zudem visualisiert die Cloud Gerätedaten und kann, falls erforderlich, Parameter im Gerät anpassen.

Schneller Sensortausch im Fehlerfall

Ähnliches gilt für den Gerätetausch im Fall eines Fehlers. Sobald ein Sensor einen Defekt meldet, gelangt diese Information über die Cloud direkt zu einem Mitarbeiter. Dafür lassen sich neben visuellen Hinweisen im Dashboard auch Alarme verknüpfen, bei denen automatisch Benachrichtigungen per E-Mail oder SMS verschickt werden. Da die Gerätekonfiguration des Sensors in der Cloud gespeichert werden kann, ist das fehlerhafte IO-Link Device daraufhin problemlos zu ersetzen. Durch den bidirektionalen Informations-austausch identifiziert die Cloud den Typ des angeschlossenen Ersatz-Sensors und konfiguriert ihn mit den vorgesehenen Parametern.

Warnung bei mechanischem Verschleiß

IO-Link-Zusatzdaten können auch Aufschluss über einen mangelhaften mechanischen Ablauf geben. Erfasst ein induktiver Sensor zum Beispiel die Bewegung eines Bolzens, liefert er neben dem Schaltimpuls auch Informationen über den Schaltabstand. Sobald das Target eine kritische Distanz zum Sensor erreicht, deutet dies möglicherweise auf zunehmenden Verschleiß in der Applikation hin – der Bolzen hat zu viel Spiel. In der Cloud erhalten Instandhalter den entsprechenden Hinweis und müssen spätestens dann handeln, wenn sich das Target außerhalb des Messbereichs befindet. Durch rechtzeitiges Benachrichtigen kann ein Service aber bereits vor Erreichen dieses Zustands durchgeführt werden.

Genauso liefert beispielsweise ein messender Ultraschallsensor zusätzlich zum Distanzwert Daten zur Signalqualität. Dies gibt Anwendern die Möglichkeit, zum Beispiel nicht nur einen Füllstand abzufragen, sondern auch alarmiert zu werden, falls sich Schaum auf der Oberfläche einer Flüssigkeit bilden sollte, der die Messung verfälschen würde. IO-Link erweitert die Zustandsüber-wachung in dem Fall um eine zweite Beobachtung. Gleichzeitig sorgt die Cloud dafür, dass Informationen über Füllstand und Oberflächenbeschaffenheit rechtzeitig bei den zuständigen Mitarbeitern ankommen, unabhängig von Ort oder Endgerät.

Prozessparameter im Blick behalten

Velco-Kunden können Maschinenzustände weltweit über ihr Smartphone diagnostizieren. So hilft das ­Unternehmen mittels ‚Cloud Solutions‘ von Turck bei der Fehlerbehebung.

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Auch relevante Prozessparameter lassen sich mittels Zusatzinformationen in der Cloud aufzeichnen. Kommen in einer Maschine unterschiedliche Werkzeuge zum Einsatz, müssen Betreiber womög-lich deren jeweils vorgeschriebene Nutzungsdauer berücksichtigen. Um diese Daten in der Cloud einzusehen beziehungsweise zu speichern, lassen sich die Prozessparameter jedes Werkzeugs übertragen. Dies gelingt unter anderem mit Hilfe von Turcks induktivem Koppler. Nach einem Werkzeugwechsel tauschen das Werkzeug und die Cloud berührungslos untereinander Werte wie etwa die Betriebszeit aus. Anwender können dann in der Cloud einsehen, wie viele Stunden die einzelnen Werkzeuge verwendet wurden oder wie lange die Maschine in der Zwischenzeit stillstand.

IIoT in der Praxis

Christian Knoop ist Produktmanager Fabrik­automation Systeme bei Turck in Mülheim.

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Wie Anwender heute schon von einer durchgängigen Sensor-to-Cloud-Lösung profitieren können, zeigt das Beispiel der Firma Velco Gesellschaft für Förder-, Spritz- und Silo-Anlagen in Velbert. Deren Druckkessel-, Rotorspritz-maschinen und Einblasanlagen werden weltweit in Hochofenbetrieben, Stahl-werken, Gießereien und in der Feuerfest-industrie eingesetzt. Um den Anwendern bei Störungen schnell helfen zu können, haben die Sondermaschinen eine Fernabfragefunktion. Da die bisherige Lösung modernen Anforderungen nicht mehr gerecht wurde, setzt Velco inzwischen auf das Cloud-Angebot von Turck.

Auf einer Seite im Webbrowser bietet das Tool Überblick über alle Maschinen. Niemand muss sich Adressen merken, alles funktioniert dank Responsive Design auch via Smartphone. Die Velco-Kunden, die ihre Maschinen oft an Endnutzer vermieten, rufen das Dashboard der Velco-Cloud auf und sehen in der Navigation ihre Maschinen. Klickt der Mitarbeiter auf einen der Einträge in der Liste, stellt das Dashboard alle relevanten Daten übersichtlich dar. Dies sind neben etlichen analogen Werten wie Wasserdruck oder Materialfüllstand digitale Anzeigen wie Betriebszustand oder der Status des Not-Halt-Tasters. Zudem sieht der Nutzer einen Betriebsstundenzähler und andere numerische Anzeigen. Das Dashboard kann sich jeder Nutzer mit ein paar Klicks und ohne Programmierkenntnisse selbst zusammenstellen. Spezialisten können die Maschinen über das Dashboard sogar fernsteuern, falls dies im Zuge einer Fehlersuche notwendig wird. So sehen die Support-Techniker vom Schreibtisch aus, ob einfachste Fehler wie ‚fehlende Wasserzufuhr‘ oder ‚Not-Halt gedrückt‘ ausgeschlossen werden können. Dank der Zusatzdaten können sie bei der weiteren Ursachenforschung kompetent unterstützen.