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(Bild: Siemens)

| von Katrin Kunz
Mit der Simatic IOT2040 stellt Siemens ein Gateway bereit, das sich auch zur einfachen Nachrüstung in bestehende Anlagen und deren Anbindung an überlagerte Systeme (IT-Systeme oder Cloud) eignet.

Mit der Simatic IOT2040 stellt Siemens ein Gateway bereit, das sich auch zur einfachen Nachrüstung in bestehende Anlagen und deren Anbindung an überlagerte Systeme (IT-Systeme oder Cloud) eignet. Siemens

Der Wunsch nach Transparenz im Unternehmen wächst – und mit ihm ebenso die Komplexität der Systemlandschaft. Denn im Zuge von Industrie 4.0 beziehungsweise des Internets der Dinge (IoT) schreitet die Vernetzung der Fertigungs- und  Automatisierungswelt mit der Bürowelt auf der Managementebene immer schneller voran. Der Grund: Effizientes Reporting zeigt Änderungen in der Produktion frühzeitig auf und ermöglicht ein rechtzeitiges Gegensteuern. Aber auch bei Fragen wie

  • Welche Maschinen(teile) im Unternehmen verbrauchen am meisten Energie?
  • Welcher Prozessschritt in der Fertigung verursacht den meisten Ausschuss?

hilft ein intelligentes Reporting, diese schneller zu beantworten, Optimierungspotenziale zu erkennen und zu erschließen. Allerdings ist das Reporting nur so gut wie die Daten, die als Grundlage zur Verfügung stehen. Und die Daten müssen zuvor gesammelt und im entsprechenden Managementsystem abgelegt sein.

Mit Offenheit, Erweiterbarkeit und Konnektivität zum IoT-Unternehmen

Steckbrief
Cloud-Gateway Simatic IOT2040

  • stromsparender Intel-Quark-Prozessor und zahlreiche Schnittstellen: Intel Quark x1020 (+Secure Boot), 2 Ethernet Schnittstellen, 2 x RS232/485 Schnittstellen, Batterie-gepufferte RTC (Real Time Clock)
  • Yocto Linux Support
  • erweiterbar mit Arduino Shields und miniPCIe Cards
  • vielfältige Möglichkeiten zur Programmierung in Hochsprachen
  • kompaktes Gehäuse und Hutschienenmontage
  • robuster Aufbau und Langzeit-Verfügbarkeit

Eine effiziente, sichere und zeitnahe Bereitstellung dieser Informationen kann jedoch nur eine in sich abgestimmte Kommunikationskette über alle Unternehmensebenen hinweg erbringen. Sämtliche Systeme, die relevante Geschäftsdaten enthalten, müssen dazu reibungslos miteinander kommunizieren. Eine besondere Herausforderung hierbei ist, dass die meisten Unternehmen eine über Jahrzehnte gewachsene IT- und Automatisierungslandschaft mit Systemen unterschiedlichster Hersteller und Technologien im Einsatz haben. Oft gibt es einen ‚Zoo‘ an Systemen, zu denen immer wieder neue hinzukommen.

Um diese verschiedensten Automatisierungs- und IT-Systeme miteinander verknüpfen zu können, muss die gewählte Integrations-Technologie – in der Regel ein Gateway – Offenheit und Freiprogrammierbarkeit bieten. Standard-Schnittstellen ermöglichen eine Erweiterbarkeit sowie die Verwendung von im Internet verfügbaren Protokolltreibern und Boards. So können Systemintegratoren und Anlagenbauer auf frei verfügbares Know-how zurückgreifen und brauchen nicht bei jeder Maschinen- oder Anlageninte­gration in die IoT-Landschaft eines Unternehmens das Rad neu zu erfinden.

Flexibel bis ins Mark: Das IoT-Gateway lässt sich über miniPCI­express-Karten und Arduino Shields individuell den Anforderungen in der Produktion anpassen.

Flexibel bis ins Mark: Das IoT-Gateway lässt sich über miniPCI­express-Karten und Arduino Shields individuell den Anforderungen in der Produktion anpassen. Siemens

Mit Simatic IOT2040 hat Siemens ein derartiges Gateway entwickelt, das die Gewinnung zusätzlicher Daten ermöglicht und Optimierungspotenziale transparent macht. Es eignet sich auch zur Nachrüstung bestehender Anlagen und deren Anbindung an überlagerte Systeme, ohne Anpassungen des bestehenden Automatisierungskonzepts. Das frei programmierbare, industrielle IoT-Gateway kann nachträglich in bestehende Produktionsanlagen eingebaut werden und unterstützt das Ziel, die Wertschöpfungskette mithilfe der durchgängigen Kommunikation über alle Unternehmensebenen hinweg zu optimieren. Diese sogenannte vertikale Integration ist ein wesentlicher Baustein für die digitale Vernetzung der Produktion mit den ERP-/MES-Systemen der Office-IT. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass die Übertragung aller in der Fertigung erfassten Daten das Netzwerk zu stark belasten und die Geschwindigkeit der Datenübertragung reduzieren würde. Mittels intelligenter Gateways wie dem IOT2040 können relevante Daten (zum Beispiel von Qualitätsdaten wie etwa Energieverbrauch) bereits ‚vor Ort‘ selektiert und im Anschluss gezielt an die übergelagerten Ebenen weitergegeben werden. Dies entlastet die Netzwerke und hält deren Übertragungsgeschwindigkeit hoch.

Ein Gateway muss dabei auch in der Lage sein, die aufkommenden Datenmengen verarbeiten zu können sowie eine gewisse Deterministik liefern, um aus nackten Daten den für intelligente Reports notwendigen zeitlichen Bezug herstellen zu können. Darüber hinaus muss das Gateway im industriellen Umfeld dauerhaft und jederzeit einsetzbar sein, um die Erfassung relevanter Daten lückenlos sicherzustellen. Denn das Qualitätsmanagement und Regulatorien verlangen die Rückverfolgbarkeit des produzierten Gutes selbst nach Jahren. Dazu sind korrekte und konsistente Daten unerlässlich. Anhand eines Zeitstempels, den das IoT-Gateway vergibt, kann auch Jahre nach der Erfassung nachvollzogen werden, was sich zu einem bestimmten Zeitpunkt ereignet hat.

Wissen aus Daten generieren – in vier Schritten

IoT-Integration in vier Schritten: 1. Sammlung und Verdichtung der Fertigungsdaten aus multiplen Quellen 2. Konvertierung auf das erforderliche IT-Protokoll 3. sichere Weitergabe an überlagerte IT-Systeme (ERP, Scada, Cloud) 4. Aufbereitung, Monitoring, Auswertung und Optimierung der Produktion in der Cloud

IoT-Integration in vier Schritten: 1. Sammlung und Verdichtung der Fertigungsdaten aus multiplen Quellen 2. Konvertierung auf das erforderliche IT-Protokoll 3. sichere Weitergabe an überlagerte IT-Systeme (ERP, Scada, Cloud) 4. Aufbereitung, Monitoring, Auswertung und Optimierung der Produktion in der Cloud Siemens

Das IoT-Gateway sammelt im ersten Schritt Daten, beispielsweise über serielle oder Industrial-Ethernet-basierte Kommunikation von Sensoren/Aktoren, Antrieben, PLCs, Industrie-PCs und Maschinen aus der Feldebene. Siemens favorisiert hier OPC UA und Profinet. Im zweiten Schritt verdichtet das Gateway die gesammelten Daten, um sicherzustellen, dass nur die relevanten Daten (etwa Energieverbrauchsdaten, Betriebsstunden oder QS-Werte) an überlagerte Systeme übertragen werden. Ebenfalls denkbar ist die Protokoll-Konvertierung von Automatisierungsprotokollen wie Profinet auf typische Cloud-Protokolle – zum Beispiel MQTT oder AMQP – abhängig von der jeweiligen Systemlandschaft im Unternehmen zu realisieren. Aufgrund der Flexibilität und Offenheit der Gateways ist auch das realisierbar.

Abschließend folgt die sichere Übertragung der relevanten Daten an die IT-Systeme (ERP, Scada oder MES) beziehungsweise an eine private oder public Cloud mithilfe von Cloud-Protokollen. Auf dieser Ebene erfolgt die Aufbereitung der Daten anhand von Reporting-Mechanismen, sodass Zusammenhänge und Optimierungspotenzial erkennbar und wesentliche Informationen übersichtlich dargestellt sind. Dies schafft beispielsweise die Grundlage für vorbeugende Wartungskonzepte zur Minimierung von Stillstandszeiten in der Produktion.

Industrie 4.0
Wachstumstreiber Cloud-Plattform

Um die Datenanalyse-Funktionen bei Mind­sphere für Kunden weiter zu vereinfachen, arbeitet Siemens mit IBM zusammen.

Um die Datenanalyse-Funktionen bei Mind­sphere für Kunden weiter zu vereinfachen, arbeitet Siemens mit IBM zusammen. Siemens

Siemens will seine Position als digitales Unternehmen weiter stärken und im Bereich Software, digitale Dienste und Cloud-Plattformen bis zum Jahr 2020 jährlich zweistellig wachsen. Einer der Wachstumstreiber wird die Cloud-Plattform Mindsphere sein, ein Cloud-basiertes, offenes Betriebssystem für das Internet der Dinge. Auf Mindsphere lassen sich Apps sowie digitale Services entwickeln und betreiben. So können beispielsweise die immensen Datenmengen, die in ­einer Anlage oder einem Unternehmen erzeugt werden, schnell und effizient gesammelt, ausgewertet und genutzt werden – ­etwa, um die Performance und Verfügbarkeit von Systemen zu verbessern. Die Technologie unterstützt zudem Kunden beim Auswerten und Nutzen ihrer Daten, um detaillierte Einblicke in ihre Prozesse zu erhalten. So können sie völlig neue Geschäftsmodelle entwickeln, etwa den Verkauf von Maschinenstunden.

Um die Datenanalyse-Funktionen bei Mind­sphere für Kunden weiter zu vereinfachen, arbeitet Siemens mit IBM zusammen. Geplant ist, den Analyse-Service IBM Watson Analytics und weitere Analyse-Tools in Mindsphere zu integrieren. Dabei sollen Geschäftskunden Zugang zu Visualisierungsfunktionen und Dashboards erhalten, während App-Entwickler und Datenanalysten über Schnittstellen die Auswertungs-Technologien nutzen können. IBM plant zudem, Apps für Mind­sphere zu entwickeln – etwa im Bereich vorausschauende Instandhaltung.

IBM und Siemens wollen dabei ihre jeweiligen Kompetenzen bündeln – im Bereich leistungsstarke Analysetechnologien ebenso wie bei der Automatisierung und Digitalisierung der Industrie.

Katrin Kunz

ist Head of Marketing Scada & IPC bei der Siemens AG, Division Digital Factory in Nürnberg.

(sk)

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