Industrie 4.0: Alexander Kessler, Marketing Manager für die Remote I/O ET 200, im gespräch über Remote-I/Os, Industrie 4.0 und den digitalen Zwilling.

Alexander Kessler, Marketing Manager für die Remote I/O ET 200, im Gespräch über Remote-I/Os, Industrie 4.0 und den digitalen Zwilling. (Bild: Redaktion IEE)

Industrie 4.0 wirbelt gerade die Automatisierungsanbieter und deren Geschäftsmodelle durcheinander. Welche Trends leiten Sie daraus für ihren Produktbereich ab?

Alexander Kessler: Der Begriff Industrie 4.0 ist vielschichtig und vereint verschiedene Konzepte miteinander. Speziell im Hinblick auf die Industrie wäre eines davon zum Beispiel die fortschreitende Vernetzung von Maschinen, Geräten und Sensoren. Damit eng verwoben ist die Thematik des ‚Internet of Things‘ worin mit einspielt, dass Geräte zunehmend an Intelligenz gewinnen. Und nicht zuletzt die Informations-Transparenz. Das Ziel ist die nahtlose Integration und Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette und damit eine perfekte digitale­ Kopie dieser Wertschöpfungskette zu erstellen: den digitalen Zwilling. Das ermöglicht Simulationen, Tests und Optimierungen in einer komplett virtuellen Umgebung, um Markteinführungs­zeiten zu verkürzen sowie Flexibilität, Effizienz und Qualität zu steigern. Dies ist auch notwendig, um in Anbetracht der steigenden Individualität der Kundenwünsche wettbewerbsfähig zu bleiben.Hieraus ergeben sich auch die hauptsächlichen Trends für I/Os: Diese werden zunehmend intelligenter und transparenter in Bezug auf die Datenerfassung und der damit einhergehenden Transparenz des Maschinen- beziehungsweise Anlagenzustands. Das betrifft im Hinblick auf I/Os unter anderem Parameter-, ­Diagnose-, Energie- und Qualitätsdaten, was auch einen erhöhten Bedarf an Messtechnik bedeutet. Dieser Trend ist aktuell bereits zu erkennen, vor allem weil der Anteil an analogen Messwert-Aufnehmern zur Erhebung von Qualitätsdaten vergleichsweise stärker zunimmt.

Welche Anforderungen an die dezentrale Peripherie sind mit diesen Trends verbunden?

Industrie 4.0: Alle Maßnahmen zur Datengenerierung und Auswertungen sind kein Selbstzweck.

Alle Maßnahmen zur Datengenerierung und Auswertungen sind kein Selbstzweck. Redaktion IEE

Alexander Kessler: Für die Peripherie ergeben sich daraus mehrere Anforderungen: Eine wichtiger Anspruch der Industrie 4.0 ist die Integration von Arbeitsschritten entlang der Wertschöpfungs­kette des Anwenders. Das gilt selbstredend ebenso für I/O-Systeme, wobei es hier vor allem die Life-Cycle-Phasen des ­Engineerings und der Instandhaltung sind, bei denen diese den Anwender unterstützen und er maßgeblich profitieren kann: Sei es durch die Möglichkeit, Verkabelungsfehler zu vermeiden, Netzwerkadressen zentral netzwerkweit vergeben zu können oder auch bei der vollständig virtuellen Schaltschrankplanung. Weiterhin ist die Einbindungsmöglichkeit von zunehmend intelligenter werdender Sensorik – wie zum Beispiel IO Link – von ebenso großer Bedeutung wie die Qualität der verfügbaren Diagnosen der I/Os im Störungsfall und natürlich deren Tausch­möglichkeiten.
Neben den eben genannten Anforderungen an Transparenz und Intelligenz spielen jedoch auch die Faktoren Flexibilität, Einfachheit und auch die Größe, also der Footprint, eine ­entscheidende Rolle. Der Grund hierfür ist, dass heutige Maschinen- beziehungsweise Anlagenbauer sich neben den konkreten Anforderungen der Industrie 4.0 zusätzlich auch immer mit einer globalen Wettbewerbssituation auseinander setzen müssen.
Kleiner, einfacher, schneller, lauten entsprechend die Schlagworte für die Peripherie. Mit dem fortwährenden Trend, Peripherie zu dezentralisieren, um im Vergleich zu zentralen Schaltschränken Verkabelungsaufwand einzusparen und ­Verkabelungsfehler zu reduzieren, steigt auch der Anspruch, was den Footprint der I/Os angeht. Immer mehr Sensoren und Aktoren müssen auf zunehmend weniger Platz angeschlossen werden. Einerseits aus Kostengründen – kleinere Schaltschränke kosten weniger Geld – andererseits der Flexibilität wegen. Ein kleinerer Schaltschrank lässt sich einfacher maschinennah verbauen; das heißt also einfacher im Hinblick auf die Montage, Verkabelung und Wartung – drei Faktoren, bei denen sich Kosten sparen lassen.

Der Zusammenhang von IoT mit der Einfachheit und Schnelligkeit erschließt sich mir noch nicht?

Alexander Kessler: Gerade die ‚Einfacheit‘ ist ein essenzieller Bestandteil beim Thema IoT. Intelligente und flexibel einsetz­bare I/O-Module bieten nur bedingt einen Mehrwert, wenn sich ihr Einsatz als sehr komplex erweist. Eine intuitive beziehungsweise einfache Verwendung ist eine Grund-voraussetzung und trifft ebenso für I/O-Systeme zu. Für I/Os wären das zum Beispiel eine einfache und schnelle Möglichkeit zur Montage, Verkabelung und Inbetriebnahme oder eine schnelle Fehlerlokalisierung durch leicht verständliche Diagnosen. So unter-stützt die Einfachheit ganz nebenbei noch die Wettbewerbsfähigkeit: Im Zuge der Globalisierung spielen die Faktoren Pro-duktivität und Kosten­reduktion eine wichtige Rolle, um wettbewerbsfähig zu bleiben – egal ob Montage, Verdrahtung, Inbetriebnahme oder Wartung. Dies alles sind Abläufe, die von der verwendeten Peripherie unmittelbar beeinflusst werden. Eine schnelle Montage und Verdrahtung der Peripherie spart direkt Kosten. Das gleiche gilt für eine einfache Inbe-triebnahme. Im Wartungsfall kann letztendlich Zeit gespart und damit die Produktivität erhöht werden, und zwar je leichter ein Fehler ausfindig gemacht und behoben werden kann oder je leichter sich ein ausgefallenes Modul erkennen und ersetzen lässt. Im besten Fall kann sogar die Produktion währenddessen weiter laufen.
Schnelligkeit ist nicht in allen Branchen ein zwingend voraus­setzender Faktor. Die damit einhergehende kürzere Reaktionszeit ermöglicht jedoch eine Erhöhung der Produktivität einer Maschine. Wer schneller Daten beziehungsweise Messwerte aufnimmt, überträgt, auswertet und reagiert, der kann den Maschinentakt weiter steigern, das heißt schneller produzieren, produktiver und wettbewerbsfähiger sein.

Wie das ET 200SP und IoT zusammenhängen, erfahren Sie auf Seite 2

Wie setzen Sie diese Anforderungen an Remote -I/Os konkret um?

Industrie 4.0: IO-Link ist die Datenautobahn auf der letzten Meile zum Sensor.

IO-Link ist die Datenautobahn auf der letzten Meile zum Sensor. Redaktion IEE

Alexander Kessler: Die Datenmenge, die unsere I/O-Module zur Verfügung stellen, ist bereits heute schon hoch. Mithilfe der detaillierten Diagnose-, Parameter- und den sogenannten I&M-Daten – einer Art virtuellem Typenschild, die allen I/O-Modulen innewohnen – lässt sich der Anlagenzustand vollständig virtuell abrufen. Speziell die I&M-Daten bilden damit einen wertvollen Beitrag für den digitalen Zwilling einer Maschine.
Fast alle ET 200-Remote I/Os besitzen zudem IO Link-Master-Module zur Anbindung von entsprechender Sensorik und Aktorik. Das schafft eine nochmals deutlich erhöhte Transparenz auf dem letzten Meter bis zum Sensor. Neben Modulen zur Erfassung von Energie-Daten, stehen auch Module zur hochfrequenten Abtastung von analogen und digitalen Signalen, sowie einer automatischen Skalierfunktion zur Verfügung.
Für Flexibilität sorgen wiederum diverse Baugruppen mit ihren Zusatzfunktionen. Ein typisches Beispiel sind DI-Module mit integrierter Zähl­funktion oder die Ana-logmodule für verschiedene Eingangs-größen, von Temperaturen, über Wider-stände bis hin zu Spannungen.

Welche Rolle kommt hier dem schnellen Interfacemodul zu, das auf der Messe SPS IPC Drives vorgestellt wurde?

Alexander Kessler: Das High-Speed Interfacemodul ist für sehr schnelle Regelungen mit geringen Totzeiten entwickelt. Allein durch die Takt-synchronität ist es bereits möglich, I/O-Daten der ET 200 zeitgleich und netzwerkweit zu erfassen, bei quasi nicht vorhandenem Jitter. In Kombination mit dem High Speed Interface-Modul der ET 200SP und dessen 125 Mikrosekunden Zykluszeit können so schnelle und präzise regelungstechnische Aufgaben gelöst werden. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Regelung von Hydraulikpressen. Ebenso kann in Verbindung mit einem entsprechend performanten Controller auch eine sehr schnelle Reaktionszeit bei der Auswertung von Qualitätsdaten erreicht werden, wie sie etwa in Tablettenpressen benötigt wird.

Wie hängt dieser High-Speed-Kopf mit dem Thema IoT und Industrie 4.0 zusammen?

Industrie 4.0: Mit dem ET 200SP Highspeed-Kopf können wir über Profinet IRT die Klemme-zu-Klemme-Reaktionszeit nochmals deutlich verringern.

Mit dem ET 200SP Highspeed-Kopf können wir über Profinet IRT die Klemme-zu-Klemme-Reaktionszeit nochmals deutlich verringern. Redaktion IEE

Alexander Kessler: Das High Speed IM-Kopfmodul der ET 200SP ist nicht nur eine Abrundung unseres Portfolios. Es deckt auch die steigenden messtechnischen Anforderungen ab, die mit Industrie 4.0 auf die Anwender zu kommen. Neben der reinen Geschwindigkeit ist die Präzision aber mindestens ebenso wichtig. Denn der Anspruch an die Messtechnik mit hohen Messraten und Auflösungen steigt unverkennbar, da die Menge an Qualitätsdaten und damit die Anzahl analoger Klemmen tendenziell zunimmt. Sicher, für die meisten Applikationen reicht die bisher mögliche Zykluszeit von 250 Mikrosekunden. Daneben gibt es aber auch Anwender, die ihre Daten beziehungsweise deren Auswertung extrem schnell brauchen.

Lässt sich das High-Speed-Modul mit bestehenden I/O-Inseln kombinieren beziehungsweise nachrüsten?

Alexander Kessler: Ja. Eine bestehende dezentrale Konfiguration mit einem High-Feature Interface-Modul kann potenziell eine doppelt so hohe Reaktionsgeschwindigkeit erlangen, indem das HF-Modul durch die High Speed-Variante ersetzt wird – voraus­gesetzt natürlich, es kommen bereits Module mit entsprechend kurzen Reaktionszeiten zum Einsatz.

Wenn künftig deutlich mehr gemessen wird, kommen Sie dann in Zukunft mit dem aktuellen Programm an Analogklemmen überhaupt noch zurecht?

Alexander Kessler: Siemens und Simatic-Steuerungen verbindet man vor allem mit Automatisierung und Antriebstechnik, aber bislang nur selten mit dem Begriff Messtechnik. Tatsächlich haben wir jedoch in diesem Bereich – mit über 20 Modulen für die ET 200MP und die SP-Baureihe – schon ein recht breites Sortiment, mit dem sich auch anspruchs-volle messtechnische Aufgaben realisieren lassen. Dazu zählen ­Baugruppen mit einer hohen Abtastrate von bis zu 50 Mikro-sekunden oder mit einer hohen Auflösung und entsprechend geringen Fehlerto-leranzen. In Summe können wir damit viele Aufgaben abdecken. Natürlich ruhen wir uns auf dem bestehenden Portfolio aber nicht aus.

Mehr zum Thema IoT und Industrie 4.0 lesen Sie auf Seite 3

Die Peripherie ist wesentlicher Daten-Lieferant für das Thema IoT und Industrie 4.0. Wenn ich es richtig sehe, läuft bei Siemens der ganze Datenverkehr momentan über die Steuerung. Gibt es bei Siemens Überlegungen an dieser Architektur zu drehen, also den potenziellen Flaschenhals Steuerung zu umgehen?

Industrie 4.0: Aktuell gehen alle Daten, die aus dem Feld kommen und für Industrie 4.0-Szenarien benötigt werden, über die Controller.

Aktuell gehen alle Daten, die aus dem Feld kommen und für Industrie 4.0-Szenarien benötigt werden, über die Controller. Redaktion IEE

Alexander Kessler: Ja, aktuell gehen alle Daten, die aus dem Feld kommen und für Industrie 4.0-Szenarien benötigt werden, über die Controller. Das hat auch seinen Grund: Daten ergeben bei der Auswertung nur einen Sinn, wenn sie im entsprechenden Kontext stehen, beispielsweise Diagnosedaten mit den Reaktions­zeiten der Anlage und den Trace-Funktionalitäten abgeglichen werden können. Natürlich sind nicht alle Daten im ­Controller nötig. Und mit zunehmender Datenmenge ist es denkbar, dass bestimmte Daten, die für den Produktionsprozess nicht notwendig sind, künftig nicht mehr über den Controller laufen, sondern mit einem entsprechenden Gateway direkt in eine Cloud wie Mindsphere geleitet werden.

Und wie kommen die Live-Daten aus der Produktion von einer Siemens-CPU in die Mindsphere-Cloud?

Alexander Kessler: Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten: Die Simatic S7-1500-Steuerung kann ihre Daten direkt an Mind­sphere senden. Dazu stehen entsprechende Funktionsbausteine auf Basis der Mindconnect Lib zur Verfügung. Daneben gibt es noch den auf der Hannover Messe vorgestellten Router ­Ruggedcom RX1400 sowie die Gateway-Familie Simatic IOT2000 beziehungs-weise das Mindconnect IOT2040. Über diese können auch Daten aus unterschiedlichen Systemen gesammelt und an überlagerte IT-Systeme beziehungsweise die Cloud gesendet werden. Die Mindsphere lässt sich also schon heute als zentraler Sammelpunkt aller Produktionsdaten nutzen.

Welche Rolle spielt denn das TIA-Portal in diesem Kontext?

Industrie 4.0: Das TIA-Portal ist das Gateway zur Automatisierung in einem digitalen Unternehmen.

Das TIA-Portal ist das Gateway zur Automatisierung in einem digitalen Unternehmen. Redaktion IEE

Alexander Kessler: Die Antwort von Siemens auf die Anforderungen der Industrie 4.0 ist die Digital Enterprise Suite, in welcher das TIA-Portal einen essenziellen Bestandteil bildet. Das TIA-Portal ermöglicht den vollständigen Zugriff auf die gesamte digitalisierte Automatisierung von der digitalen Planung über integriertes Engineering bis zum transparenten Betrieb und bildet somit das Portal zur Digitalisierung. Es stellt den Dreh- und Angelpunkt zur Einbindung, Konfi-guration und Verwaltung von CPU, Peripherie und HMIs und auch deren Anschluss an die Cloud dar. Nur so lässt sich beispielsweise eine systemweite Diagnose, so wie wir sie heute haben, realisieren. Dazu braucht es eine einheitliche Plattform wie das TIA-Portal, auf der alle Daten zusammenkommen. Allerdings müssen die Daten irgendwo abgelegt werden. Und hier kommt die Mindsphere ins Spiel. Diese bildet als cloud-basiertes, offenes IoT-Betriebsystem wiederum den Schlüssel zu neuen Appli-kationen, Märkten, Geschäftskonzepten und Service-Leistungen.

Siemens ist ein früher Protagonist der Digitalisierung und des digitalen Zwillings, der als Bindeglied zwischen Produktion und Entwicklung agiert. Analog dazu müsste auch das TIA-Portal mit der Mindsphere gekoppelt sein. Gibt es zwischen den Systemen Schnittstellen, Übergänge, um den Lifecycle zu schließen?

Alexander Kessler: Sie meinen die Mindsphere als zentrale Datensammelstelle zu nutzen, um den aktuellen Betriebszustand mit dem Idealzustand bei der Inbetriebnahme vergleichen zu können? Das ist einer der Kerngedanken, welcher mit der Digital Enterprise Suite verfolgt wird. Diese Suite bietet integrierte Software- und Hardware-Lösungen, mit denen die gesamte Wertschöpfungs­kette nahtlos integriert und digitalisiert werden kann. Das Ergebnis ist der Digitale Zwilling – eine digitale Kopie der Wert-schöpfungskette. Mit der Digital Enter-prise Suite werden entsprechend Product Lifecycle Management, Manufacturing Operations Management und Totally Integrated Automation vereint. All das basiert dank Teamcenter auf einem Datenmodell und ist eben auch mit der Mindsphere-Cloud verbunden.

Neben den Konstruktionsdaten können so Produktions- und Qualitätsdaten zusammengeführt und mit früheren Werten verglichen werden, um daraus verschiedene Rückschlüsse ziehen zu können. Ein typisches Beispiel hierfür sind Energiedaten, aus denen sich Effizienzmaßnahmen und mögliche Störungen ableiten lassen. Am Ende zählen aber nicht die Daten an sich, sondern immer das, was man daraus macht.

Das Interview führte Stefan Kuppinger

(sk/ml)

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