Insgesamt werden mit einem Gateway die Daten von 15 Maschinen über zwei proprietäre Protokolle erfasst und weitergegeben.

Insgesamt werden mit einem Gateway die Daten von 15 Maschinen über zwei proprietäre Protokolle erfasst und weitergegeben. verlinked

Die durchschnittliche Nutzungsdauer von Fabrikausrüstung beträgt ungefähr 20 Jahre. Dies ist nur logisch, denn für die Rentabilität einer Anlage braucht es diese Laufzeiten. Um im Rahmen der Digitalisierung Schritt halten zu können, ist jedoch eine Modernisierung in Richtung besserer beziehungsweise einer ersten IT-Unterstützung notwendig. Allerdings ist es unrealistisch, den gesamten Maschinenpark in einem Schritt zu erneuern. Stattdessen gibt es eine kostengünstige Alternative: den digitalen Retrofit.

Mit dem digitalen Retrofit werden Maschinen und Anlagen, die noch nicht über geeignete IT-Schnittstellen verfügen, nachgerüstet. Über diese Schnittstellen lassen sich Maschinen- und Prozessdaten erfassen und überwachen – und so der Zustand der Maschine, ihr Betrieb und die Auslastung. So können Anwender ihre Produktion im weiteren Vorgehen Schritt für Schritt digitalisieren.

Auf die Schnelle

  • Software-Gateway zur Integration von Maschinendaten in IT-Systeme für den digitalen Retrofit
  • Keine Änderungen an den Internas der Anlage nötig
  • Daten aus der Produktion schaffen Transparenz und Messbarkeit
  • Auch alte SPSen und Protokolle werden unterstützt

Vor dieser Herausforderung stand auch eine Firma aus der metallverarbeitenden Industrie mit ca. 200 Mitarbeitern. So wollte das Unternehmen 15 Dreh- und Fräsmaschinen von vier Herstellern und unterschiedlichen Alters digitalisieren.

Als Lösung hat das Softwarehaus Verlinked aus Paderborn einen digitalen Retrofit durchgeführt und dabei die Rohdaten in nutzbringende Informationen verwandelt. Möglich gemacht hat dies das connect-Gateway von Verlinked: Als Integrations-Software zur Maschinendatenerfassung macht es Daten aus proprietären Maschinenschnittstellen für moderne IT-Protokolle nutzbar. So lassen sich auch Informationen von älteren Anlagen erfassen und weiterverarbeiten.

Die Aufgabenstellung bestand im Auslesen, Speichern und Visualisieren der Maschinendaten. Mit diesen Daten wollte der Metallverarbeiter seine Produktivität bewerten und die Produktionsplanung verbessern. Im Zuge dessen, sollten die Informationen auch an die vorhandene Lösung zur Betriebsdatenerfassung angebunden werden

Bestandsaufnahme des Maschinenparks und der IT

SPS 2019: Verlinked connect meets PLCnext

Zur SPS 2019 gab Verlinked bekannt, dass das connect-Gateway in Zukunft für die PLCnext-Steuerungen von Phoenix Contact verfügbar sein wird. Als Linux-basiertes System eignet sich die PLCnext Plattform für das Gateway, wenngleich Windows-basierte Systeme ebenso unterstützt werden.

Zunächst wurde mit dem Kunden der Bestand des Maschinenparks erhoben. Hierbei erfassten die Beteiligten technische Details der Maschinen, insbesondere ihre verbauten Steuerungen und die Software-Versionen. Außerdem wurde die IT-Infrastruktur mit Augenmerk auf die Netzwerk-Infrastruktur in der Maschinenhalle untersucht, wobei auch die Betrachtung der IT-Sicherheit Teil des Konzeptes ist.

Die Datenerhebung erfolgte mittels des connect-Gateways. Es verfügt über eine modulare Plugin-Architektur für Protokolle und Datenformate. So gibt es bereits einen Satz von über 30 Protokollen und Formaten, die das connect-Gateway unterstützt. Darunter sind Plugins für industrielle Steuerungen namhafter Hersteller wie Siemens, Mitsubishi oder Heidenhain. Darüber hinaus ist eine Erweiterung über kundenspezifische Plugins möglich. Konzipiert ist das connect-Gateway für den Betrieb auf Edge-Geräten, wie Industrie-PCs oder industriellen Varianten des Raspberry-PIs. Dies ist dann notwendig, wenn Daten über physikalische Schnittstellen wie RS232, RS485 oder CAN abgefragt werden sollen. Auch die direkte Verarbeitung von I/Os ist mit dem Gateway auf einer entsprechenden Hardware möglich.

15 Maschinen – 2 Protokolle – 1 Gateway

Die Daten werden Live in einem Dashboard visualisiert und gleichzeitig der Betriebsdatenerfassung zur Verfügung ­gestellt. Dafür fließen die Daten zum einen über eine MQTT-Schnittstelle im JSON-Format zum Dashboard und werden über eine Datenbankverbindung in eine SQL-Datenbank geschrieben.

Die Daten werden Live in einem Dashboard visualisiert und gleichzeitig der Betriebsdatenerfassung zur Verfügung ­gestellt. Dafür fließen die Daten zum einen über eine MQTT-Schnittstelle im JSON-Format zum Dashboard und werden über eine Datenbankverbindung in eine SQL-Datenbank geschrieben. Verlinked

Die Voranalyse ergab, dass zehn Fräsmaschinen des Herstellers Hermle angebunden werden sollten. Diese Anlagen verfügen über Steuerungen der Firma Heidenhain, die das connect-Gateway über das „LSV2“-Protokoll abfragt. Des Weiteren sollten zwei Drehmaschinen von DMG, zwei des Herstellers Doosan und eine Mikron-Maschine angebunden werden. Die DMG und Mikron Maschinen verfügen ebenfalls über Heidenhain Steuerungen, so dass hier analog zu den Hermle Maschinen verfahren wurde. In den Doosan Drehmaschinen stecken Steuerungen von Fanuc, die über das „Focas 2“-Protokoll angesprochen werden. Insgesamt erfasst das Gateway also die Daten von 15 Maschinen über zwei proprietäre Protokolle. Zu den erfassten Datenpunkte an jeder Maschine zählen der Betriebszustand, Fehlercodes sowie die Prog

rammlaufzeiten. In späteren Phasen lassen sich weitere Daten erfassen. Mit diesem Setup erfasst ein connect-Gateway insgesamt 45 Datenpunkte zyklisch alle 15 Sekunden. Diese Zeit lässt sich in einem Bereich von 10 ms bis Stunden einstellen.

Diese Daten werden Live in einem Dashboard visualisiert und gleichzeitig der Betriebsdatenerfassung zur Verfügung gestellt. Technisch ist dies so realisiert, dass die Daten zum einen über eine MQTT-Schnittstelle im JSON-Format dem Dashboard zufließen und gleichzeitig über eine Datenbankverbindung in eine SQL-Datenbank geschrieben werden. Mit jedem Zyklus der Datenerfassung wird somit der aktuelle Datenzustand an beide Systeme weitergereicht.

Von RS232 zu OPC UA – Retrofit einer Moeller SPS

Mit dem connect-Gateway lassen sich auch ­alte Moeller-SPSen auslesen.

Mit dem connect-Gateway lassen sich auch ­alte Moeller-SPSen auslesen. verlinked

PS4 Steuerungen der Firma Moeller (heute Eaton) waren vor 20 Jahren weit verbreitet. Aufgrund der langen Maschinenlaufzeiten verrichten diese Steuerungen auch heute noch ihre Arbeit. Im Vergleich zu aktuellen Steuerungen besitzt die Steuerungsserie keine Ethernet-basierte Kommunikationsschnittstelle. Stattdessen erfolgt die Anbindung über die serielle RS232-Schnittstelle.

Konkret erfolgt die Datenerfassung über den Programmierport der Steuerung. Die Kommunikation über diesen Port folgt keinem offenen Standard, sondern benutzt ein von Moeller entwickeltes, nicht öffentlich dokumentiertes Protokoll. Verlinked hat jedoch einen Weg gefunden, um über diese Schnittstelle mit der SPS zu kommunizieren, und dafür ein entsprechendes Plugin für das connect-Gateway implementiert.

Um Daten zu erfassen, wird das Gateway auf einem Industrie-PC installiert und über die serielle RS232 Schnittstelle mit der SPS verbunden. In einer Demo wurden die digitalen Eingänge sowie die digitalen Ausgänge der Steuerung ausgelesen und die Werte anschließend für eine Visualisierung weitergegeben. In dem Beispiel wurde der „Eingang 1“ der Steuerung über eine Drahtbrücke auf „HIGH” gesetzt. Alle anderen Eingänge sind unbeschaltet und geben daher einen “LOW” Pegel aus. Zusätzlich ist in der Steuerung ein Lauflicht programmiert, das die Ausgänge der Steuerung im Sekundentakt durchschaltet.

Insgesamt liest das Gateway acht Eingänge und sechs Ausgänge der Steuerung aus. Jeder Ein- beziehungsweise Ausgang wird auf einen Datenpunkt im connect-Gateway abgebildet. Um diese Daten nun über OPC UA verfügbar zu machen, wird jeder Datenpunkt in den OPC-UA-Datenbaum abgebildet.

connect-Cockpit-Screenshot

Das Dashboard zeigt den Live-Status. So erkennen ­Produktionsleitung und Mitarbeiter auf einen Blick, welche Maschinen aktuell laufen und ob beziehungsweise wo es ­eine Störung gibt. Verlinked

Zur Visualisierung der Daten im Dashboard kommt das Verlinked connect-Cockpit zum Einsatz. Dies ist eine Lösung zur Darstellung frei konfigurierbarer Dashboards mit unterschiedlichen grafischen Elementen. Im Dashboard ist der Live-Status realisiert, so dass die Produktionsleitung und Mitarbeiter anhand der Farbgebung auf einen Blick erkennen, welche Maschinen aktuell laufen und ob beziehungsweise wo es eine Störung gibt. So hat im Dashboard jede Maschine einen eigenen Bereich. Für nähere Analysen im Störungsfall zeigt das Cockpit nach Klick auf eine Maschine die Fehlercodes und weitere Details an.

Zur Anbindung an das bestehende System zur Betriebsdatenerfassung wurde eine SQL-Datenbank definiert, in die das connect-Gateway zyklisch die Werte aller Datenpunkte schreibt. Das BDE-System greift lesend auf diese Datenbank zu und kann so Tages-, Wochen- und Monatsstatistiken über Betriebs- und Ausfallzeiten aller Maschinen erzeugen. So erhält das Unternehmen alle Informationen in gewohnter Umgebung und muss kein neues System für diesen erweiterten Anwendungsfall einführen.

Der Schlüssel zur effizienten Verwertung der Daten liegt in der Wiederverwendung. Das connect-Gateway kann die Daten jedem System verfügbar machen und baut damit dringend benötigte Brücken zwischen OT und IT. Der Aufwand zur Integration ist gegenüber einzelnen Entwicklungsprojekten deutlich reduziert.

Die Anschaffung neuer Maschinen mit modernen Schnittstellen stünde in keinem Verhältnis zum Nutzen. Dagegen machen planbare und überschaubare Kosten den digitalen Retrofit zu einer attraktiven Lösung.

Über Verlinked

Verlinked ist ein Software-Haus mit Sitz im ostwestfälischen Paderborn. Es bietet einfach zu integrierende Konnektivitätslösungen für Alt- wie Neuanlagen für Ingenieure, Produktionsleiter und IT-Verantwortliche mit der Herausforderung ihre Maschinen und Anlagen zu digitalisieren, um diese mit modernen Schnittstellen für eine Nutzung von Maschinendaten auszurüsten.