Nicht jeder Maschinenpark ist modern vernetzt. Damit Alt- und Neuanlagen miteinander kommunizieren können, sind Gateways das Mittel der Wahl.

Nicht jeder Maschinenpark ist modern vernetzt. Damit Alt- und Neuanlagen miteinander kommunizieren können, sind Gateways das Mittel der Wahl.Annavaczi – Fotolia.com

Denkt man im produzierenden Umfeld heute an Gateways, geht es meist um die Kopplung zweier industrieller Netzwerke. Anwendungsfälle gibt es viele: Sei es die Modernisierung einer Produktionslinie mit neuen Maschinen, die ein anderes Netzwerk unterstützen als bestehende Anlagenteile. Sei es das Unterteilen der Netzwerk-Topologie in logische Segmente. Oder der Umstieg von Feldbus auf Industrial Ethernet im Zuge einer Anlagenmodernisierung, bei der bestehende I/O-Module und existierende Verkabelung wiederverwendet werden sollen. In all diesen Fällen sind Gateways unverzichtbare Helfer. HMS bietet mit seinen Anybus X-Gateways eine große Gerätepalette für alle typischen Koppelaufgaben in der Automatisierungstechnik an. Die Industrial-Ethernet-Varianten bieten darüber hinaus IT-Funktionen und den Anybus OPC-Server. Damit ist der Weg frei in das Internet of Things.

Mit dem Anybus OPC DA (Data Access) Server können PC-basierte OPC DA Clients direkt auf verteilte Feldgeräte der Feldbusebene zugreifen. Die Verbindung zwischen dem Steuerungs-PC und dem Feldgerät wird über bestehende Ethernet-Netzwerke und das Gateway hergestellt. In diesem Szenario hat das Gateway eine ähnliche Rolle wie eine PCI-Karte: als Schnittstelle zum Industrial-Ethernet-Netzwerk. Im Gegensatz zur PCI-Karte, die in der Regel Teil eines PCs im Kontrollraum ist, kann das Gateway direkt im Feld zum Einsatz kommen, was kostspielige Busverkabelungen zwischen Anlage und Kontrollraum überflüssig macht. Diese OPC-Lösung senkt Installationskosten und erhöht gleichzeitig die Flexibilität.

Die IT-Funktionen der Gateways umfassen Webserver, E-Mail-Client und FTP-Server. Die IT-Funktionen ermöglichen zum Beispiel den Zugriff auf Gateway-interne Webseiten oder das Übertragen von Diagnose- und Qualitätssicherungsdaten an übergeordnete Systeme. Die IT-Funktionen lassen sich simultan zur I/O-Datenübertragung nutzen.

Gateways verbinden nicht nur Produktionsnetzwerke untereinander. Sie werden ein pragmatisches Tor in das Internet der Dinge.

Gateways verbinden nicht nur Produktionsnetzwerke untereinander. Sie werden ein pragmatisches Tor in das Internet der Dinge.HMS

Gateways für die Industrie 4.0

Einen Schritt weiter gehen Gateways für die Integration in die Industrie 4.0. Sie unterscheiden sich von Feldbus-Gateways im Wesentlichen durch folgende Merkmale: Konnektivität mit höheren IT-Systemen, strengere Sicherheitsmechanismen und Anbindung in die Cloud oder das Internet. Eine Möglichkeit diese Funktionen umzusetzen ist, Gateways mit OPC UA auszustatten.

Von der Plattform Industrie 4.0 wird OPC UA (Unified Architecture) als Fundament für den Datenaustausch und -integration im industriellen IoT genannt. OPC UA ist ein industrielles Kommunikationsprotokoll mit der Fähigkeit, Maschinendaten (Prozesswerte, Messwerte oder Parameter) nicht nur zu transportieren, sondern auch maschinenlesbar semantisch zu beschreiben. Diese semantische Ebene ermöglicht das Anreichern der Daten für die Verständlichkeit und Weiterverarbeitung durch andere IT-Systeme, zum Beispiel ERP. Die Bezeichnung UA bedeutet, dass OPC Clients oder Server betriebssystemunabhängig sind, das heißt sie sind nicht mehr mit Windows gekoppelt.

Die Offenheit der Systeme im Vergleich zu den klassischen Feldbus-Gateways stellt hohe Anforderungen an das Security-Konzept. OPC UA enthält Authentifizierung und Autorisierung, Verschlüsselung und Datenintegrität durch digitale Signaturen. Für die Authentifizierung kommen X.509-Zertifikate zum Einsatz. Es obliegt dem Anwendungsentwickler, an welchen Zertifikatsspeicher die OPC-UA-Applikation angebunden wird. Es ist zum Beispiel möglich die Public Key Infrastructure (PKI) eines Active Directory zu verwenden.

Gateways sprechen Web

Da die Daten teilweise über die Unternehmensgrenzen hinaus mit anderen Geschäftspartnern geteilt werden, ist die Anbindung ins Internet unerlässlich. Unabhängig davon, ob die Verbindung mit der Cloud drahtlos (über GPRS, 3G oder LTE) oder kabelgebunden (zum Beispiel DSL) erfolgt, sind Web-Technologien wie SOAP, Webservices und RESTful APIs basierend auf Standards wie HTTP, JSON oder MQTT stark verbreitet. Industrie-4.0-Gateways werden solche Standards zusätzlich zu den Feldbus- und Industrial-Ethernet-Protokolle unterstützen.

Mehr Funktionen für die Zukunft

Klar ist, trotz spannenden, neuen IoT-Technologien werden Feldbusse und Industrial-Ethernet-Netzwerke nicht aus der industriellen Landschaft verschwinden, denn die reinen Steuerungs- und Regelungsaufgaben werden nach wie vor mit SPSen und klassischen Automatisierungsgeräten erledigt. Aber das Industrie-4.0-Zeitalter ermöglicht neue Anwendungen und Geschäftsmodelle, die sich nur mit speziellen Geräten und Technologien erfolgreich umsetzen lassen. Besonders die Vernetzung mit mehreren Geschäftspartnern in Wertschöpfungsnetzwerken verlangt eine offene und sichere Kommunikationsarchitektur; OPC-UA- und Cloud-Technologie bilden die Basis dafür. Mit der Erweiterung dieser Produktfamilie im Hinblick auf die Kommunikationsanforderungen von Industrie 4.0 wird die Einbindung bestehender Anlagen in die Fabriken der Zukunft erleichtert.