Anzeige

Telefon: +498215034175

www.emerson.com


Wie sich die Rolle von Controllern in der Industrie 4.0 verändert

Maschinensteuerungen haben eine Schlüsselfunktion für das IIoT

Bild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KGBild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KG

Bild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KGBild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KG

Beim industriellen Internet der Dinge (Industrial Internet of Things IIoT) geht es um Maschinen, die miteinander kommunizieren, Daten austauschen, sich selbst optimieren und somit zunehmend autonom werden.

Bild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KGBild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KG

Bild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KGBild: GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KG

Über das industrielle Internet werden einzelne Maschinenkomponenten und ganze Anlagen vernetzt, und das über Standorte hinweg und zudem auch noch mit Lieferanten und Kunden. Wenn Maschinen miteinander kommunizieren, Daten sammeln, diese in die Cloud schicken, Informationen dann zurück an die Maschine gehen, um sie zu steuern und deren Leistung zu optimieren, so dass Maschinenparks sich selbständig in Echtzeit abstimmen und sich Prozesse kontinuierlich automatisch verbessern, passiert das nicht von Geisterhand. In komplexen Systemen kommt der zeitnahen, korrekten und sicheren Steuerung und damit den Controllern eine Schlüsselrolle zu. Dazu müssen wir uns vor Augen führen, was die Grundlage ist für die vierte industrielle Revolution, von der im Zusammenhang mit dem industriellen Internet der Dinge oder der Industrie 4.0 gesprochen wird: es sind Daten. Daten, die an Maschinen, an einzelnen Maschinenkomponenten über viele Sensoren gesammelt werden, zu einem großen Datenpool. Wir haben alle verstanden: die effektive Verwendung der Daten ist der Schlüssel zur Produktivitätsverbesserung, zum Einsparen von Rohstoffen, zur Senkung des Energieverbrauchs, zur Optimierung der Laufleistungen und Produktionsprozesse und zu besseren Produkten und Dienstleistungen. Deshalb ging es zunächst darum, wie man Daten sammelt, möglichst viele, also Big Data, denn Daten haben einen vollkommen neuen Stellenwert bekommen, sie sind ein Asset. Nun wissen wir: Um das Potential zu heben, das in den Daten schlummert, müssen wir mehr tun als Daten zu sammeln. Um all die großartigen Möglichkeiten einzulösen, die wir uns vom industriellen IoT und der Industrie 4.0 versprechen, müssen wir Daten schneller nutzbar machen, damit auf Grundlage von ausgewerteten Daten möglichst schnell operative Entscheidungen gefällt werden können. Der Weg dorthin geht über die einzelne Maschine, genauer gesagt, ihre Steuerung oder ihre Controller. Dazu kann man sich das industrielle IoT wie einen menschliche Körper vorstellen. Es ist quasi ausgestattet mit sehr vielen Sensoren und der sehr ausgeprägten Fähigkeit, die gewonnenen Informationen weiterzuleiten, zu verarbeiten und in Handlungen umzusetzen. Ein sehr gut vernetztes Nervensystem ermöglicht die blitzschnelle Anpassung an veränderte Umgebungsbedingungen, ohne nachzudenken, es geschieht sozusagen automatisch. In dieser Analogie sind die vernetzten Controller für das industrielle IoT das, was das Nervensystem für unseren Körper ist. Traditionelle Steuerungssysteme sind jedoch vollkommen ungeeignet, um das Potential des IoT zu nutzen; sie funktionieren über einen einfachen Regelkreis, arbeiten strikt nach einem festgelegten Zeitplan und können nur sehr begrenzt auf das reagieren, was um sie herum passiert. Sie bilden ein geschlossenes System und können nicht oder kaum mit anderen Systemen kommunizieren. Um das in Zahlen zu verdeutlichen: Unternehmen, die ausschliesslich auf traditionelle Steuerungssysteme setzen, nutzen ca. 3 Prozent der theoretisch verfügbaren Daten. Die nächste große Produktivitätssteigerung entsteht durch die Umwandlung von Daten in automatisierte operative Entscheidungen auf der Grundlage von intelligenter Datenanalyse. Unternehmen werden sich in Zukunft immer stärker durch die Qualität ihrer Datenanalyse unterscheiden. Dazu brauchen wir intelligente Steuerelemente auf Maschinenebene, die nicht nur lokal Daten erfassen und bereits vorauswerten, sondern zudem miteinander vernetzt sind. Diese vernetzten Steuereinheiten schicken die lokalen Datenströme in die Cloud zur Verarbeitung und holen sie von dort wieder ab als spezifische Handlungsanweisung ? das Ganze quasi in Echtzeit und zusätzlich zu den weiterhin unerlässlichen deterministischen Steuer- und Regelaufgaben. Dabei geht es mittlerweile nicht mehr um mehr Daten, sondern um die Auswahl der richtigen Daten und deren Auswertung. Das geht nur über enge Vernetzung. Dazu haben wir ein Steuerungssystem, das Industrial Internet Control System IICS, entwickelt. Das IICS vernetzt hunderte oder tausende von Steuerungen und stellt eine sichere Verbindung zur Cloud her, in der Industrie-Apps laufen und die Datenanalytik stattfindet. Das IICS fungiert also als Brücke zu GEs Predix-Plattform in der Cloud, die wir als eine Art Betriebssystem speziell für die Industrie, aber auch für Krankenhäuser, Kommunen und Verkehr entwickelt haben. Gegenüber den geschlossenen Kreisläufen traditioneller Steuerungen werden über das IICS die erfassten Daten ganzer Anlagen gleichzeitig ausgewertet. Dabei findet die Verarbeitung nicht nur in der Cloud statt, sondern bereits 'on the edge', also zum Teil schon auf der Maschinen- und Anlagenebene. Damit erreichen wir beim Thema industrielles IoT oder Industrie 4.0 eine neue Entwicklungsstufe. Big Data lassen wir hinter uns. Nicht alle Daten müssen zur Analyse in die Cloud; die Datenauswertung kann bereits an jeder einzelnen Maschine beginnen. Um das zu bewerkstelligen, haben wir das Industrial Internet Control System aus folgenden Komponenten zusammengesetzt: Es besteht aus intelligenten Steuerungen, Input/Output-Modulen, einer sicheren Anbindung an die Cloud über die Controller sowie Datenanalyse-Software und Apps, die in der Cloud oder direkt an der Maschine laufen. Ein Beispiel: Vernetzte Steuerungen fragen über eine Industrie-App, die eine Turbine steuert, den aktuellen Strompreis ab und passen die Drehzahl und somit den Output dem Preis an, d.h. hoher Preis = hoher Output, niedriger Preis = niedriger Output. Eine traditionelle Steuerung hätte die Turbine mit einer festgelegten Drehzahl laufen lassen, ohne die externen Faktoren, die die Profitabilität beeinflussen, berücksichtigen zu können. Über das IICS wird der Betrieb optimiert auf Basis der Analyse dynamischer externer Faktoren. Das IICS, also ? um in der Analogie zu bleiben ? das Nervensystem für das industrielle IoT oder die Industrie 4.0, geht über Big Data hinaus. Es entscheidet über die Verteilung der Datenverarbeitung zwischen Cloud und lokaler Maschinenebene auf Basis von Antwortgeschwindigkeit, Vollständigkeit und Qualität der Datenanalyse. Es ermöglicht ausserdem die Kommunikation der Maschinen- und Anlagenkomponenten untereinander und sorgt dafür, dass das Verhalten der einzelnen Teile koordiniert und aufeinander abgestimmt wird, und es gleicht die einzelnen Maschinendaten mit Daten über die physische Umgebung und mit Marktdaten ab. Der Nutzen für Industrieunternehmen und ihre Kunden liegt z.B. in der Möglichkeit zur vorausschauenden Instandhaltung, der Reduktion der Betriebsstörungen und ungeplanten Stillstände, größerer Anlageneffizienz, höherer Produktivität und geringeren Kosten. Der Gesamtnutzen und wie schnell er realisiert werden kann, hängt maßgeblich von der Leistungsfähigkeit der Controller und des Steuerungssystems sowie von der intelligenten Software zur Analyse der Daten, oder wir es nennen, vom Industrial Internet Control System, ab.

Von Rudolf Krumenacker, GE Automation & Controls, Standort- und Entwicklungsleiter Augsbur, www.geautomation.com

GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KG

Dieser Artikel erschien in www.embedded-design.net 05 2017 - 01.05.17.
Für weitere Artikel besuchen Sie www.embedded-design.net

Firmenportrait