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Big Data

Online die Maschinendaten im Griff

11. November 2019, 08:00 Uhr   |  Dr. Fabian Bause, Dr. Rainer Mümmler

Online die Maschinendaten im Griff
© AdobeStock/yingyaipumi

Riesige Datenmengen in wertvolle Informationen verwandeln – wie lässt sich dieser Ansatz einer Smart Industry umsetzen? Die Verknüpfung PC-basierter Steuerungen mit Matlab und einem IoT-Analaytikdienst auf Cloudbasis kann ein praktikabler Ansatz sein.

Eine Smart Industry wird vertraute Paradigmen verändern, so zum Beispiel die Form der gängigen Automatisierungspyramide. Ein aktueller Trend ist etwa die direkte Anbindung der MES- und sogar der ERP-Schicht an die speicherprogrammierbaren Steuerungen im Feld. Anders als in früheren Interpretationen der Pyramide erfassen diese oberen Schichten nun nicht nur Daten von den direkt darunter liegenden Schichten, auf denen sie reduziert und analysiert wurden, sondern sie können auch Rezeptdaten direkt an Steuerungen senden und im Gegenzug Statusberichte erhalten. Dies ebnet den Weg für die Flexibilität und die Reaktionszeiten, die eine Smart Industry benötigt.

Automatisierung auf B2M-Ebene

Künftige Produktions- und Wartungsumgebungen müssen immer mehr Anlagen einbeziehen, die auf verschiedene Standorte oder sogar weltweit verteilt sind. Maschinenbauer möchten in Zukunft weltweit betriebene Anlagen vergleichen und bewerten und Wartungsverträge auf der Grund­lage von Remote-Funktio­nalität anbieten. Die Einrichtung automatisierter Prozesse auf den Schichten 2 und 3 der Automatisierungspyramide und die Vernetzung von Remote-Anlagen sind daher die Zukunft der Automatisierung: Sie ermöglichen Aufwandsreduzierung, umfassendere Datenanalysen sowie eine Rationalisierung und Beschleunigung der Umsetzung von Aufträgen und Geschäftsentscheidungen in globalen Unternehmen.

Sowohl Produktionsunternehmen als auch Maschinenbauer müssen dies nicht nur effizient erledigen können, sondern auch – was in der Diskussion über eine Smart Industry oft vernachlässigt wird – sicher, das heißt ohne Gefährdung des sicheren Betriebs, der Netzwerk-Integrität und wertvoller vertraulicher Daten.

SCADA als Einstiegspunkt

Automatisierungspyramide
© Mathworks

Bild 1: Die fünf Schichten der Automatisierungs­pyramide mit den ­Informationsflüssen, wie sie bis dato gängig waren.

Ein guter Einstiegspunkt für Ingenieure, Produktionsplaner und Maschinenbauer ist die SCADA-Ebene (Schicht 2), auf der alle relevanten Produktionsdaten bereits reduziert ankommen und analysiert werden. Eine einfache Möglichkeit, sich mit externen Netzwerken zu verbinden und mehr Rechenleistung zu nutzen, besteht dabei im Einsatz eines Edge-Gerätes. Indem sie dieses Gerät auf der Scada-Ebene hinzufügen, können Unternehmen ihre MES- und ERP-Arbeiten an weniger Standorten oder sogar einem einzigen Standort konzentrieren. Damit ist es relativ einfach,  Maschinenbauern Zugriff auf Daten von der Fertigungs- und SPS-Ebene zu gewähren, nicht aber auf Geschäfts- und Unternehmensdaten.

Ein Ansatz für den Aufbau sicherer Verbindungen zwischen verteilten Fabriken ist der Einsatz von VPNs. Ihre Einrichtung und Wartung bringen jedoch mehrere Herausforderungen mit sich. Schon die Herstellung der Verbindung mit einer einzelnen Maschine und der Datenaustausch mit ihr können frustrierend sein und den Betrieb beeinträchtigen. 

Eine Alternative ist die Nutzung cloudbasierter Lösungen, die die Vorteile einer sicheren Datenübertragung – über ein VPN – bieten und die Nachteile der Aufrechterhaltung der Netzwerk-Verbindung minimieren. Ein verbreiteter Sicherheitsmechanismus ist TLS (Transport Layer Security). Dieses Protokoll findet in der Cloud-basierten Datenkommunikation häufig Verwendung. Traditionell arbeiten solche Lösungen auf Client-/Server-Basis. Wenn ein Ingenieur mit einer SPS an einem Remote-Standort kommunizieren möchte, fungiert die SPS, die die Daten anbietet, als Server, und die Maschine des Benutzers übernimmt die Rolle eines Clients und stellt eine direkte Verbindung mit der SPS her. Diese Verbindung lässt sich leicht über TLS sichern, wenngleich für eine derartige Kommunikation in der Firewall ein Port geöffnet werden müsste. Die meisten IT-Administratoren lehnen aber genau dies ab, und das Projekt wird aufgegeben, sodass Möglichkeiten zu Datenaustausch und -analysen ungenutzt bleiben.

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1. Online die Maschinendaten im Griff
2. Eine sichere Publisher-/Subscriber- Plattform
3. Kanalkonfiguration, Daten-Streaming und integriertes Matlab
4. Außerhalb der herkömmlichen Pyramide

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