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Industrie 4.0: Vom Sensor in die Cloud

Wie lassen sich Sensor-Daten auf eine Cloud-Plattform aufspielen? Hilscher stellt zur SPS IPC Drives eine Technologie-Plattform vor, die als Systemlösung für OEMs gedacht ist und auch die Aspekte Diagnostik und Wartung mit einbezieht.

A_Die Sensor-Daten in die Cloud Bildquelle: © Bild: Computer&AUTOMATION; Quellen: Fotolia_Nataliya Hora/Turck

Sensoren sind die wesentlichen Datenquellen in der Automatisierung und damit die Basis einer Industrie 4.0. Für die Sensorik hat sich in der Fabrik-Automation IO-Link als weltweiter Kommunikationsstandard etabliert. Um die Sensor-Daten per IO-Link zur Verfügung stellen zu können, benötigt der Sensorhersteller allerdings ein IO-Link Master Device, zumeist in Form eines IP67-Feldgerätes, das seine Daten auf die Feldbus-Protokolle abbildet. Der Systemumfang skaliert über die Anzahl der unterstützten Feldbus-Protokolle und die Hardware-Varianten. Mittlerweile werden an die Komponenten allerdings weitere Anfor­derungen gestellt: Oft erwarten die Kunden einen vorhandenen Web- oder OPC-UA-Server mit ‚IO-Link OPC UA Com­panion Profile‘, Möglichkeiten des Firmware-Update und mittlerweile auch eine sichere Datenübertragung; alles Anforderungen, die den notwendigen Systemumfang erhöhen.

1_Hardware-Struktur des IO-Link Device mit integriertem Edge-Gateway Bildquelle: © Hilscher

Die Hardware-Struktur des IO-Link Device mit integriertem Edge Gateway in einem 60 mm x 200 mm großen IP67-Gehäuse.

Generell werden die Daten der Feldebene an der Steuerung oder am Feldbus-Netzwerk abgegriffen. Über die Programmierschnittstelle oder den integrierten OPC-UA-Server stellt die Steuerung ihre Daten zur Verfügung – aber eben nur diese und nicht spezielle Diagnosedaten der Peripheriekomponenten oder gar der unterlagerten Sensorik. Erst ein Edge Gateway, eingebunden im Netzwerk direkt vor der Steuerung, kann alle zyklischen Echtzeit-Daten mitlesen. Zudem kann das Edge Gateway über azyklische Dienste des Feldbus-Protokolls oder über eine zukünftige, durchgängige OPC-UA-Kommunikation auf Feldgeräte und die Sensorik zugreifen. Das Edge Gateway kann so alle relevanten Prozessdaten filtern und mit Metadaten ergänzen. Diese Prozessinformationen können dann zum ERP- und MES-System oder über entsprechende Konnektoren unter Einhaltung der Security-Standards in die Cloud des Anwenders übertragen werden.

Daneben gibt es aber auch Gerätedaten und Daten, die den Netzwerk-Status betreffen, die primär der Diagnostik und Wartung des Systems dienen. Diese sollten Geräte- und Hersteller-übergreifend, Netzwerk-spezifisch und abhängig von der gewählten Systemarchitektur aggregiert werden. Es macht Sinn und bietet weitere Optionen zur ‚ownership of data‘, wenn diese bereits im Edge Gateway separiert und in einem globalen Edge Portal dargestellt werden. Dies erfolgt nach Freigabe des ‚data owners‘ und eingeschränkter Sicht des OEMs auf seine eigenen Geräte beziehungsweise des Betreibers auf alle Geräte in seiner Maschine oder seiner Anlage. So entwickelt die Systemsicht für jeden Beteiligten einen Mehrwert. Ist es doch im Servicefall interessant zu wissen, welche Geräte mit welcher Firmware betroffen sind, und auch, um zur Diagnose oder zum Firmware-Tausch remote auf diese Geräte zugreifen zu können. Zudem könnten Funktionserweiterungen durch Laden spezieller Module realisiert und die Geräte-Entwicklung optimiert werden. Der Anlagenbauer hat außerdem Interesse an einer möglichen Hersteller-übergreifende Konfiguration der Anlage, dem Anzeigen des Geräte- und Netzwerk-Status oder dem automatischen Führen eines Systemlogbuchs bis hin zur Abbildung der Peripheriekomponenten als digitalen Zwilling.

Ein wichtiger Aspekt ist das Thema Security: Auch beim Edge Portal ist dies eine zentrale Anforderung. Deshalb ist Security eine System-übergreifende Funktion, die das Einbringen, Updaten oder Austauschen aller Systemgeräte und die zugehörige Zertifikatsver­waltung beherrschen muss. Gerade dieser Punkt zeigt, dass die Systemlösung eine aus ­Software und Hardware aufeinander ab­gestimmte Technologieplattform be­nötigt.