Industrie 4.0 durchgängig vom Sensor bis zum ERP-System, ein neuer Ansatz

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1 Industrie 4.0 durchgängig vom Sensor bis zum ERP-System, ein neuer Ansatz Ausgangslage: Der klassische Ansatz der Automatisierung-Pyramide hat bisher nicht zu einer standardisierten und durchgängigen Vernetzung vom ERP-System bis zum Sensor geführt. Nach wie vor ist sehr viel projektspezifisches Engineering notwendig, um Daten aus der Feldebene in die Unternehmensleitebene (ERP) zu bringen und umgekehrt die Feldebene direkt mit Informationen aus der Unternehmensleitung zu steuern. Viele verschiedene Feldbus- Systeme und Protokolle Auch die Einführung von Ethernet-basierten Feldbussystemen hat nicht zu einer Standardisierung geführt, sondern eher im Gegenteil sind eine Reihe neuer herstellerspezifische Protokolle entstanden. Konnte man früher mit den klassischen Feldbussen Profibus, CAN-Bus, Devicnet, Modbus den größten Teil der Anwendungen abdecken, so findet man heute in der Echtzeit-Ethernet Welt aktuell 29 Protokolle wieder (s.a. Mit Echtzeit-Ethernet ist nur die Physik Standard! (Kabel & Stecker)

2 Die hierarchische Sicht der Automatisierungspyramide mit den Ebenen: Feld-, Steuerungs-, Prozessleit-, Betriebsleit- und Unternehmensleitebene ist funktional orientiert und trennt den echtzeitkritischen Teil auf der Steuerungsebene von den organisatorischen Daten der Unternehmensleitebene. Der Übergang zwischen der IT-Welt der Betriebs- bzw. Unternehmensleitebene wird meist auf der Prozessleitebene realisiert. Bis dahin werden die aus der Steuerungswelt bekannten Protokolle zur Kommunikation verwendet. Diese Protokolle sind aber für statische Verbindungen innerhalb einer festen Struktur an einem einzigen Standort ausgelegt. IT-Welt Automati- sierungs- Welt Quelle: Wikipedia, ergänzt

3 Möchte man nun z.b. im Rahmen einer Condition Monitoring Anwendung von außen auf einen Diagnosewert eines Sensors zugreifen, so muss dies von Anfang an berücksichtigt werden und dieser Diagnosewert muss durch alle Ebenen durchgeschleust werden. Diese Anforderung gilt zumindest bis zur Prozessleitebene, wo klassisch frühestens ein Zugriff von außen möglich ist. Aus der Sicht eines Sensor-Herstellers, der unabhängig davon, wo und wie seine Sensoren in einer Maschine eingebaut sind, einen Condition Monitoring Dienst für seine Sensoren anbieten will, ist die bestehende Struktur wegen der Unzahl von Kombinationen von Steuerungen, PLS, Feldbussen und Protokollen nicht geeignet. Condition Monitoring auf Komponenten- Ebene: schwierig bis unmöglich!

4 Wie auch der VDI/VDE Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik in seinen Thesen-und Handlungsfeldern zu Cyber-Physical Systems feststellt, wird die klassische Automatisierungspyramide durch ein Netzwerk aus verteilten, dezentralen Systemen abgelöst werden (müssen), um den Weg für neue Möglichkeiten innerhalb der Industrie 4.0 zu ermöglichen.

5 Ziel: Mit dem Zukunftsprojekt Industrie 4.0 sollen Maschinen, Anlagen oder allgemein sog. Cyber Physikal Systems hersteller- und standort-übergreifend über das Internet vernetzt werden. Durch die Vernetzung der Systeme, sowie die zentrale Datenerfassung und Auswertung in der Cloud werden neue intelligente Dienste möglich, wie z.b. ein übergreifendes Condition Monitoring oder die Realisierung neuer Geschäftsmodelle, wie z.b. die Optimierung von Prozessen durch unabhängige Prozess-Spezialisten, usw. In sog. Value Added Services liegt nach Auffassung der BMWi (Projektgruppe Kompetenznetzwerk Machine-to-Machine-Kommunikation ) auch das größte Potential im Bereich der M2M Technologie (vgl. Machine-to-Machine-Kommunikation eine Chance für die deutsche Industrie Nov. 2011) Zur Erreichung dieses Ziels müssen z.b. intelligente Sensoren einen direkten Zugang nach außen ermöglichen, der unabhängig von der darüberliegenden Echtzeitanwendung (z.b. Maschinensteuerung) vorhanden ist. Dieser Zugang soll über Internet möglich sein und die Daten dort standortunabhängig bereitstellen. Dies setzt aber neue Kommunikationsmechanismen voraus: das Kommunikationsprotokoll muss z.b. mit den Verbindungsunterbrüchen zurecht kommen, wie sie bei mobilen Internetverbindungen häufig auftreten können. Daten müssen zwischengespeichert und zeitversetzt nachgesendet werden. Die Kommunikation muss verschlüsselt und sicher funktionieren. Die Datenmengen sind zu optimieren und verschiedene Verbindungswege ins Internet müssen unterstützt werden. Auch welche Daten, wann gesendet werden, muss von außen, auch nachträglich, konfigurierbar sein, usw. Prozess-Steuerung unabhängig von anderen Diensten

6 Ergebnis: Die Firma m2m-soft GmbH hat 2008 damit begonnen im Bereich Wasser/Abwasser Projekte zur Überwachung von Pumpstationen zu realisieren. Aufgrund der Anforderungen der verteilten Systeme wurde ein neuer Ansatz definiert, mit dem es möglich war die Systeme hersteller- und standortübergreifend zu vernetzen und zu überwachen. Es wurde konsequent auf Internet-Technologien zur Übertragung, Speicherung und Auswertung der Daten gesetzt. Mit der Cloud-connectivity im m2m-cockpit-client verfügt m2m-soft über einen neuen Ansatz zur Realisierung von Industrie 4.0 Projekten. Dieser ermöglicht standort- und herstellerübergreifende Verbindung von Systemen via Internet. Aktuell wird diese Software bereits sehr erfolgreich in verschiedenen Industrie-Routern genutzt. Sie verbindet dort direkt die Feld- bzw. Steuerungsebene via Internet-Technlogie mit dem m2m-cockpit in der Cloud. Im m2m-cockpit werden die Daten in einer Datenbank gespeichert und können von hier aus einfach weiterverarbeitet werden. Z.B. Weitergabe an ERP, an andere Steuerungen, usw. m2m-cockpit Systemübersicht Internet Internet m2m-cockpit Server Client über Web Browser LAN/WAN/Mobilfunknetz Internet Internet m2m Cockpit Client: Sichere und optimierte Datenübertragung! m2m-cockpit Client Cockpit.com 7

7 Kurzfassung: Industrie 4.0 erfordert eine hersteller- und standortübergreifende Vernetzung von Maschinen, Anlagen und embedded systems oder allgemein sog. Cyber Physikal Systems via Internet. Hier stoßen Architekturen gemäß der klassische Automatisierungs-Pyramide an ihre Grenzen. Die Firma m2m-soft GmbH stellt ein neues Konzept der sog. Cloud connectivity in Verbindung mit dem Cloud-basierten m2m-cockpit als alternativen Lösungsansatz vor. Dieses Konzept wurde in den letzten Jahren erfolgreich in zahlreichen Projekten umgesetzt und hat sich bewährt.