Brückenschlag: Offene Vernetzung für Big Data Analysen
Der Zugang zu Daten von Sensoren, Aktuatoren und Steuerungen ist eine wesentliche Voraussetzung, um Anwendungen bei Industrie 4.0 oder 'In Memory'-Analysen für die Optimierung der Fertigung zu nutzen. Als Integrationswerkzeug steht dabei der Linerecorder Agent zur Verfügung. Dieser setzt auf konfigurierbare Schnittstellen und lässt sich auch auf Embedded-Systemen integrieren.
Bild: ifm electronic gmbhDie Idee der weltweiten, intelligenten Vernetzung ist im Arbeitsumfeld schon lange gelebte Praxis: E-Mails und Web-Dienste ermöglichen den raschen Datenaustausch im World Wide Web. In der Werkhalle soll nun die neue Generation der Cyber Physical Systems (CPS) die Produktionswelt verändern. Unter dem Schlagwort 'Industrie 4.0' kann sich damit die Kommunikation von der übergeordneten Software auch auf eigene, eingebettete Intelligenz einzelner Komponenten verlagern. Für solche 'Embedded Systems' werden flexible und intelligente Schnittstellenkommunikatoren benötigt, denn die Realisierung von Industrie 4.0-Anwendungen und umfassenden 'Big Data'-Analysen ist vom Zugriff auf Daten aus der Automatisierung abhängig. Das gleiche gilt für die Echtzeit-Datenanalyse mit 'In Memory'-Technologie, bei der Analysen zur schnellen Datenaufbereitung und -interpretation nicht mehr in Datencubes, sondern direkt im Speicher des beteiligten IT-Systems erfolgen. SAP etwa bietet dazu die Technologie Hana an, die inzwischen in verschiedenen Software-Modulen zum Einsatz kommt - von der Business Intelligence-Lösung (BI) bis zum Enterprise Resource Planning-System (ERP).
Automation spricht viele Sprachen
Als Informationslieferanten sowohl innerhalb von Produktionsanlagen als auch hin zu übergeordneten Systemen kommen vielfältige Komponenten infrage - vom Sensor über die Antriebstechnik bis hin zur Steuerungsebene. Automatisierungstechnische Fertigungsanlagen werden heute in Feldebene, Steuerungsebene, Leitebene, Betriebsleitebene und Unternehmensebene eingeteilt. Die Komponenten in den jeweiligen Ebenen kommunizieren in unterschiedlichen Protokollen und unterschiedlichen Datenformaten. Eine vertikale Durchgängigkeit der Kommunikation ist dementsprechend schwierig zu realisieren. Der Zugang zu Daten in neuen und bestehenden Maschinen stellt aber die Grundvoraussetzung dar, um Prozess- und Zustandsinformationen für die Optimierung der Fertigung zu nutzen.
Software-Agenten als Brücke
Um den Datenaustausch in einer Automatisierungsanlage zu gewährleisten, benötigt die Produktion ein Werkzeug, das an beliebige Datenquellen bzw. Datenempfänger anpassbar ist. Zudem muss die Lösung eine einfache Kommunikation mit unterschiedlichen Schnittstellen erlauben, synchrone und asynchrone Datenübertragung zulassen und Echtzeitfähigkeit ermöglichen. Als weitere Anforderung kommt hinzu, dass die Anzahl der Teilnehmer sowie die Datenmengen keiner Begrenzung unterliegen sollten. Einen Lösungsansatz dazu stellt der autonome Schnittstellen-Agent 'Linercorder Agent' dar, der eine Grundlage für offene Vernetzung schafft. Die wesentliche Idee hinter der Lösung besteht darin, dass das System die Vielfalt der im Produktionsumfeld üblichen Protokolle 'versteht' und eine 'N-zu-M'-Vernetzung ermöglicht; dieser Ausdruck bezeichnet die Anbindung unterschiedlicher Datenquellen und -abnehmer an die Maschinenkommunikation. Bisher übliche Verfahren zielen in der Regel darauf ab, durch eine Standardisierung die Schnittstellenvielfalt zu handhaben. Im Gegensatz dazu erfolgt beim Einsatz des Agentensystems keine Vereinheitlichung aller Schnittstellen und Protokolle auf ein Standardprotokoll. Vielmehr ist die Lösung in der Lage, die unterschiedlichsten Protokolle zu lesen und zu schreiben. Dazu werden aus den Eingangsprotokollen die erforderlichen Nutzdaten extrahiert und im Ausgangsprotokoll auf der Ausgangsseite eingesetzt.
Bidirektional vom Sensor zum MES
Im Detail wird dazu ein Konverter eingesetzt, der über eine konfigurierbare E/A-Schnittstellen verfügt. Diese sind für verschiedene Datenformate und Protokolle ausgelegt. Dazu wurde ein schnittstellenunabhängiges Datenformat definiert, in das die Eingangsdaten konvertiert werden - und aus dem im Gegenzug die Ausgangsdaten generiert werden. Somit kann z.B. die Information eines Sensors zur Druckluftverbrauchsmessung über das IO-Link-Protokoll eingelesen werden. Im Gegenzug können die Daten auf der Ausgangsseite sowohl über Ethernet-TCP/IP einem ERP-System als auch parallel über Profinet einer SPS zur Verfügung gestellt werden. Da die Kommunikation auch bidirektional erfolgen kann, ist es möglich, dass Parameter des Sensors von der SPS aus geändert werden. Dazu werden die Parameter über Profinet dem Agenten übermittelt, und dieser konvertiert die Informationen wiederum in das IO-Link-Protokoll. Im Ergebnis wird so eine offene Vernetzung aller Komponenten von Sensoren, Steuerungen bis hin zum Manufacturing Execution-System (MES) und der ERP-Ebene unterstützt.
Direkte Integration auf Sensorik
Weitere wichtige Anforderungen an eine offene Vernetzung umfassen die Unabhängigkeit von Betriebssystemen und Hardware. Eine Embedded-Version der Agentenlösung, die ohne Betriebssystem installierbar ist, ermöglicht die Integration direkt auf Sensoren, Aktuatoren und E/A-Modulen. Das System kann so die Datenvielfalt bewältigen, Informationen auf unterschiedlichen Datenverarbeitungssystemen zusammenführen und gleichzeitig die Informationsflüsse der Systeme steuern.
Fazit
Durch die offene Vernetzung können die Daten der Auftragssteuerung, der Ressourcen und der Produkte miteinander verknüpft werden. Dadurch kann die Produktion intelligenter gesteuert werden und administrative Bestandsführungs-, Buchungs- und Inventurprozesse entfallen an vielen Stellen. Die aufgenommenen Prozessdaten erlauben dem Anwender zudem, Energie- und Materialverbrauche zu analysieren und auf dieser Datenbasis zu optimieren und zu senken. Konsequent umgesetzt, kann dies zu einer Erhöhung der Produktivität, Reduzierung von Ausschuss, Optimierung der Prozesse und Schonung von Ressourcen führen - und so die Wettbewerbsfähigkeit im produzierenden Gewerbe unterstützen. Die offene Vernetzung kann damit zu einem Technologiesprung führen, in dessen Folge die Maschinenintelligenz einen erhöhten Automatisierungsgrad ermöglicht.
Der Zugang zu Daten von Sensoren, Aktuatoren und Steuerungen ist eine wesentliche Voraussetzung, um Anwendungen bei Industrie 4.0 oder 'In Memory'-Analysen für die Optimierung der Fertigung zu nutzen. Als Integrationswerkzeug steht dabei der Linerecorder Agent zur Verfügung. Dieser setzt auf konfigurierbare Schnittstellen und lässt sich auch auf Embedded-Systemen integrieren.
Bild: ifm electronic gmbhDie Idee der weltweiten, intelligenten Vernetzung ist im Arbeitsumfeld schon lange gelebte Praxis: E-Mails und Web-Dienste ermöglichen den raschen Datenaustausch im World Wide Web. In der Werkhalle soll nun die neue Generation der Cyber Physical Systems (CPS) die Produktionswelt verändern. Unter dem Schlagwort 'Industrie 4.0' kann sich damit die Kommunikation von der übergeordneten Software auch auf eigene, eingebettete Intelligenz einzelner Komponenten verlagern. Für solche 'Embedded Systems' werden flexible und intelligente Schnittstellenkommunikatoren benötigt, denn die Realisierung von Industrie 4.0-Anwendungen und umfassenden 'Big Data'-Analysen ist vom Zugriff auf Daten aus der Automatisierung abhängig. Das gleiche gilt für die Echtzeit-Datenanalyse mit 'In Memory'-Technologie, bei der Analysen zur schnellen Datenaufbereitung und -interpretation nicht mehr in Datencubes, sondern direkt im Speicher des beteiligten IT-Systems erfolgen. SAP etwa bietet dazu die Technologie Hana an, die inzwischen in verschiedenen Software-Modulen zum Einsatz kommt - von der Business Intelligence-Lösung (BI) bis zum Enterprise Resource Planning-System (ERP).
Automation spricht viele Sprachen
Als Informationslieferanten sowohl innerhalb von Produktionsanlagen als auch hin zu übergeordneten Systemen kommen vielfältige Komponenten infrage - vom Sensor über die Antriebstechnik bis hin zur Steuerungsebene. Automatisierungstechnische Fertigungsanlagen werden heute in Feldebene, Steuerungsebene, Leitebene, Betriebsleitebene und Unternehmensebene eingeteilt. Die Komponenten in den jeweiligen Ebenen kommunizieren in unterschiedlichen Protokollen und unterschiedlichen Datenformaten. Eine vertikale Durchgängigkeit der Kommunikation ist dementsprechend schwierig zu realisieren. Der Zugang zu Daten in neuen und bestehenden Maschinen stellt aber die Grundvoraussetzung dar, um Prozess- und Zustandsinformationen für die Optimierung der Fertigung zu nutzen.
Software-Agenten als Brücke
Um den Datenaustausch in einer Automatisierungsanlage zu gewährleisten, benötigt die Produktion ein Werkzeug, das an beliebige Datenquellen bzw. Datenempfänger anpassbar ist. Zudem muss die Lösung eine einfache Kommunikation mit unterschiedlichen Schnittstellen erlauben, synchrone und asynchrone Datenübertragung zulassen und Echtzeitfähigkeit ermöglichen. Als weitere Anforderung kommt hinzu, dass die Anzahl der Teilnehmer sowie die Datenmengen keiner Begrenzung unterliegen sollten. Einen Lösungsansatz dazu stellt der autonome Schnittstellen-Agent 'Linercorder Agent' dar, der eine Grundlage für offene Vernetzung schafft. Die wesentliche Idee hinter der Lösung besteht darin, dass das System die Vielfalt der im Produktionsumfeld üblichen Protokolle 'versteht' und eine 'N-zu-M'-Vernetzung ermöglicht; dieser Ausdruck bezeichnet die Anbindung unterschiedlicher Datenquellen und -abnehmer an die Maschinenkommunikation. Bisher übliche Verfahren zielen in der Regel darauf ab, durch eine Standardisierung die Schnittstellenvielfalt zu handhaben. Im Gegensatz dazu erfolgt beim Einsatz des Agentensystems keine Vereinheitlichung aller Schnittstellen und Protokolle auf ein Standardprotokoll. Vielmehr ist die Lösung in der Lage, die unterschiedlichsten Protokolle zu lesen und zu schreiben. Dazu werden aus den Eingangsprotokollen die erforderlichen Nutzdaten extrahiert und im Ausgangsprotokoll auf der Ausgangsseite eingesetzt.
Bidirektional vom Sensor zum MES
Im Detail wird dazu ein Konverter eingesetzt, der über eine konfigurierbare E/A-Schnittstellen verfügt. Diese sind für verschiedene Datenformate und Protokolle ausgelegt. Dazu wurde ein schnittstellenunabhängiges Datenformat definiert, in das die Eingangsdaten konvertiert werden - und aus dem im Gegenzug die Ausgangsdaten generiert werden. Somit kann z.B. die Information eines Sensors zur Druckluftverbrauchsmessung über das IO-Link-Protokoll eingelesen werden. Im Gegenzug können die Daten auf der Ausgangsseite sowohl über Ethernet-TCP/IP einem ERP-System als auch parallel über Profinet einer SPS zur Verfügung gestellt werden. Da die Kommunikation auch bidirektional erfolgen kann, ist es möglich, dass Parameter des Sensors von der SPS aus geändert werden. Dazu werden die Parameter über Profinet dem Agenten übermittelt, und dieser konvertiert die Informationen wiederum in das IO-Link-Protokoll. Im Ergebnis wird so eine offene Vernetzung aller Komponenten von Sensoren, Steuerungen bis hin zum Manufacturing Execution-System (MES) und der ERP-Ebene unterstützt.
Direkte Integration auf Sensorik
Weitere wichtige Anforderungen an eine offene Vernetzung umfassen die Unabhängigkeit von Betriebssystemen und Hardware. Eine Embedded-Version der Agentenlösung, die ohne Betriebssystem installierbar ist, ermöglicht die Integration direkt auf Sensoren, Aktuatoren und E/A-Modulen. Das System kann so die Datenvielfalt bewältigen, Informationen auf unterschiedlichen Datenverarbeitungssystemen zusammenführen und gleichzeitig die Informationsflüsse der Systeme steuern.
Fazit
Durch die offene Vernetzung können die Daten der Auftragssteuerung, der Ressourcen und der Produkte miteinander verknüpft werden. Dadurch kann die Produktion intelligenter gesteuert werden und administrative Bestandsführungs-, Buchungs- und Inventurprozesse entfallen an vielen Stellen. Die aufgenommenen Prozessdaten erlauben dem Anwender zudem, Energie- und Materialverbrauche zu analysieren und auf dieser Datenbasis zu optimieren und zu senken. Konsequent umgesetzt, kann dies zu einer Erhöhung der Produktivität, Reduzierung von Ausschuss, Optimierung der Prozesse und Schonung von Ressourcen führen - und so die Wettbewerbsfähigkeit im produzierenden Gewerbe unterstützen. Die offene Vernetzung kann damit zu einem Technologiesprung führen, in dessen Folge die Maschinenintelligenz einen erhöhten Automatisierungsgrad ermöglicht.
ifm electronic gmbh
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN HMIS 2014 - 02.04.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
