Moderne Industrie-PCs verbinden Feldbusebene und IIoT

Bereits in wenigen Jahren wird es, so schätzen Experten heute, 50 Milliarden IoT-fähige (Internet of Things) Systeme geben, die mit dem Internet verbunden sind. Ein Großteil dieser vernetzten Geräte wird dabei innerhalb von Industrieanwendungen eingesetzt. Parallel zu dieser Entwicklung werden rund 10 Milliarden Menschen permanent mit dem Internet verbunden sein.

Der global steigende Vernetzungsgrad bietet dabei eine hervorragende Plattform für die Entwicklung neuer digitaler Dienste und verbessert gleichzeitig die Effizienz und Zuverlässigkeit von Maschinen und industriellen Prozessen. Eine solche Plattform ist unerlässlich, um das potenzielle Leistungsspektrum von Big Data zu nutzen sowie Feldbus- und Cloud-Anwendungen künftig nahtlos miteinander zu verbinden. Doch die reine Erzeugung von großen Datenmengen reicht nicht aus. Vielmehr sollte der Fokus auf der Bereitstellung von intelligenten Diensten liegen, die mittels „smart Data“ auch entsprechend wertvolle Informationen liefern und damit reelle Geschäftsvorteile versprechen: Mit dem IIoT (Industrial Internet of Things) können digitale Dienste sicher und zuverlässig mit industriellen Geräten verbunden werden. Industrielle Prozesse reagieren so intelligenter und dynamischer auf sich schnell ändernde Bedingungen.

Jahrzehntelange Entwicklungsprozesse haben Ineffizienzen und unnötige Kosten bereits in den meisten Produktionsumgebungen eliminiert. Deshalb stellen sich viele Industrieunternehmen inzwischen die Frage, woher die nächste Welle der industriellen Produktivitätssteigerung kommen soll. Das Sammeln und Analysieren von großen Datenmengen aus industriellen Systemen sind dabei entscheidende Faktoren für die moderne Produktion. Für 80 % der Industrieunternehmen stehen heute Big-Data- Analytics an erster Stelle ihrer Prioritätenliste. Ebenso zeigen zahlreiche Umfragen die hohe Wertschöpfung, die das Industrial Internet of Things (IIoT) freisetzen soll. Prognosen gehen von einem Geschäftsvolumen von 10.000 Milliarden Euro bis zum Jahr 2025 aus, davon sollen etwa 70 Prozent von reinen Business-to-Business-Lösungen stammen.

Klassische SPS-Steuerungssysteme bleiben im IIoT-Zeitalter erhalten

Traditionelle Automatisierungssysteme passen sich nicht dynamisch an veränderte Geschäftsbedingungen an. Die meisten industriellen Steuerungssysteme sind statisch, auch Komponenten werden nur sehr selten ausgetauscht. Diese mangelnde Flexibilität macht es zu einer Herausforderung, dem Wettbewerb immer einen Schritt voraus zu sein. Die von Steuerungssystemen gesammelten und verwendeten Daten machen heute nur einen
kleinen Teil der Felddaten aus. Daten sind manchmal schwer zu extrahieren, zu integrieren und zu verstehen. Es ist jedoch noch viel schwieriger, dynamische, verwertbare Intelligenz in die Produktion einzubetten und dabei Produktivität und Leistung zu optimieren: Moderne IIoT-Technologien machen dies inzwischen möglich. Das IIoT stellt als zusätzlicher Layer die nötigen Verbindungen zwischen unterschiedlichen Legacy-Systemen her und vernetzt so wichtige Geschäftsprozesse. Das Internet of Things verbessert so die Betriebseffizienz, maximiert die Produktivität und verlängert gleichzeitig den Nutzungszeitraum von bestehenden Fertigungs- und Produktionsanlagen.

Traditionelle Steuerungssysteme arbeiten sehr fokussiert und mit beschränktem Datenumfang. Darüber hinaus ist die Umstellung von Steueraufgaben mittels klassischer SPS-Programmierung äußerst anspruchsvoll. Außerdem birgt das Durchführen von Änderungen immer gewisse Risiken im Maschinenbetrieb und kann dazu führen, dass Anlagen während der Aktualisierung außer Betrieb genommen werden müssen. Doch nicht nur industrielle Steuersysteme sammeln Fertigungsdaten, auch HMIs, SCADAs und Historians greifen auf die Daten aus der Maschinen- oder Anlagenebene zu. Diese verschiedenen Ebenen, unter Berücksichtigung mehrerer Standorte, zu einer gemeinsamen Datenbasis zusammenzuführen, ist mit klassischen Bussystemen nur mit hohem Aufwand umzusetzen.

Innerhalb moderner Automatisierungshierarchien fügen sich SPS-Systeme künftig nahtlos in das IIoT ein. Steuerungssysteme müssen also weiterhin gewartet und auf dem neuesten Stand gehalten werden, um die Anlagenbasis sicher betreiben zu können.

Das IIoT sorgt dabei für ein hohes Maß an transparenter durchgängiger Kommunikation über alle Ebenen einer Automatisierungsarchitektur hinweg. Somit schafft es die Voraussetzungen für die Auswertung des immensen Datenaufkommens verschiedener Softwareagenten, vorzugsweise auf einem mit der Feldebene verbundenen Industrie-PC. Letztere erlauben außerdem eine problemlose Integration der installierten Basis auf der Steuerungs- und Feldebene. IIoT-Analysefunktionen lassen sich so im Laufe der Zeit schrittweise aufbauen, ohne dass das bestehende Steuerungssystem geändert oder abgeschaltet werden muss.

Schneider Electric begann bereits vor mehr als 15 Jahren damit, das IIoT weiterzuentwickeln und integrierte unter anderem das Internetprotokoll Ethernet TCP/IP auf die Feldbusebene. Modbus TCP, das industrielle Protokoll des Internets mit TCP-Port 502, wurde bereits in Hunderten Geräte-Serien des Unternehmens und in Millionen von Systemen anderer Hersteller eingesetzt. Gleichzeitig erhielten Automatisierungssysteme und Industrie-PCs Webserver, die den Zugriff auf industrielle Geräte über einen Webbrowser ermöglichen. Diese Entwicklung öffnete die Fertigungsebene für IT-Softwaretechnologien wie OPC, .net, SQL und andere Schnittstellen. Die frühe Phase des IIoT bildete so das Fundament für den digitalen Wandel. Auch jetzt noch profitieren die verschiedenen Ebenen des Computer Integrated Manufacturing (CIM) von dieser transparenten Netzwerkkommunikation.

Moderne Industrie-PCs: Von der Feldbusebene direkt in die Cloud

Moderne Industrie-PCs lassen sich heute ganz einfach mit einem IIoT-Monitor wie dem Node-RED-System ausrüsten. Nodes zur Überwachung und Steuerung von Geräten werden dabei als Softwarepakete direkt mitgeliefert. Zu den SW-Funktionen zählen beispielsweise iPC-Innentemperaturen, Speicherplattenstatus, Stromversorgungsstatus, SMS/E-Mail-Benachrichtigungen sowie die Gerätewiederherstellung. Dank der offenen Plattform lassen sich auch andere Anwendungen aus der umfangreichen Node-RED-Community schnell und einfach hinzufügen, etwa um Hardwaregeräte, APIs und Online-Dienste miteinander zu verbinden.

So können über Node.js und die Node-RED-Engine beispielsweise verdrahtete Modbus-Feldgeräte direkt mit HTTP-Cloud-Anwendungen verbunden werden. Die verwendeten Nodes kommen dabei aus der Community – und das ohne zusätzliche Hardware oder Modifikationen des bestehenden Steuerungssystems. Node.js kann dabei parallel zur Steuerung laufen. HMI, SCADA oder jede andere Anwendersoftware lässt sich mit Node-RED ebenfalls auf dem gleichen Gerät ausführen.

Autor: Thomas Schragen

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