Das Industrielle Internet der Dinge benötigt eine durchgängige Kommunikation vom Sensor oder Aktor bis zur Betriebsleitebene.
Beim Industriellen Internet der Dinge (IIoT) geht es um das Bereitstellen, Sammeln und Analysieren von Daten. Ziel ist, die betriebliche Effizienz im Sinne von Rationalisierung, Automatisierung und Wartung zu verbessern. Durch die Vernetzung soll es möglich werden, nicht mehr nur einen Produktionsschritt, sondern eine ganze Wertschöpfungskette zu optimieren. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der intelligenten Fertigung hin zur Smart Factory und zur Smart Industry. Es resultieren neue Wege der Kundenbetreuung, neue Servicemodelle oder die Schaffung neuer Ertragsmodelle.
Intelligente Produktionseinheiten benötigen intelligente Komponenten, die eine Fülle von Zusatzdaten zur Verfügung stellen. Daten werden zu einer wichtigen Ressource, sie werden bereits heute in riesigen Mengen produziert, doch nur zu einem sehr geringen Teil für weitergehende Auswertungen zur Verfügung gestellt. Diese Verfügbarkeit ist die Grundlage zur Realisation intelligenter Lösungen in den Bereichen Condition-, Energy- und Quality-Monitoring sowie Remote Services und Track & Trace-Funktionen.
Voraussetzungen für Vernetzung
Die durchgängige Kommunikation ist, im Rahmen der digitalen Transformation der Industrie, von enormer Bedeutung. Sensoren und Aktoren als wichtige Komponenten innerhalb von Maschinen und Anlagen müssen immer kommunikativer werden. Eine nahtlose Verbindung von der Feldebene zur Betriebsleitebene ist dabei das Ziel. Intelligente Produkte zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, mit der Außenwelt zu kommunizieren. Sie können eigene Umfeld- und Zustandsdaten sammeln, aufbereiten und übermitteln. Sie sind in der Lage, eine Selbstdiagnose durchzuführen und können daraus Handlungsempfehlungen ableiten.
Im heute noch klassischen Weg werden Sensor- beziehungsweise Aktor-Informationen zum lokalen Bedienen und Steuern der Maschine verwendet. Sie landen alle direkt im Steuerungssystem (SPS), nur dort werden sie verarbeitet. Ob und welche Sensor-/Aktor-Daten die SPS an die Leitebene weitergibt, muss der Maschinenbauer im SPS-Programm festgelegen.
Will der Maschinennutzer zusätzliche Informationen, müssen diese im SPS-Programm hinzu programmiert werden. Der Weg zur Nutzung aller Daten besteht in der Verbindung der Automatisierungstechnik (Operative Technology OT) mit der klassischen IT-Ebene. Damit können die Sensor- und Aktor-Daten direkt in ein ERP-System oder in andere Systeme eingelesen werden. Mit dieser Technologie können Daten unabhängig von der Maschinensteuerung gesammelt, ausgewählt und über alle Ebenen hinweg zur Verfügung gestellt werden. Der digitale Zwilling eines Sensors oder Aktors ist dabei das digitale Abbild des physischen Gerätes. Er kennt neben seinen Eigenschaften auch den aktuellen Zustand.
Entsprechende Hardware- und Softwarekomponenten ermöglichen eine direkte Vernetzung aller angeschlossenen Sensoren und Aktoren in die IT-Welt. Über diese Verbindung können Maschinendaten, Prozessparameter und Diagnosedaten direkt ausgelesen und in der IT-Welt weiterverarbeitet werden. Einfach zu bedienende Software ermöglicht die Datenauswertung mittels kundenspezifisch gestaltbarer Cockpits (Dashboards). Über die gleichen Kommunikationsmechanismen ist es möglich, Maschinen direkt untereinander zu koppeln und fertigungsrelevante Daten auszutauschen.
Ventile im Industriellen Internet der Dinge
Ein konkretes Beispiel für diese Entwicklung ist das Ventil als Aktuator in einem hydraulischen System. Diese Komponente gibt es auf dem Markt inzwischen konsequent digitalisiert und mit einer standardisierten Schnittstelle ausgestattet, welche es ermöglicht, die Zustandsdaten direkt in die IT-Welt zu übertragen.
Solche Ventile mit angebauter Elektronik können Daten wie zum Beispiel Magnettemperatur, Ströme, Spannungen und Betriebszeiten sammeln und zur Auswertung zur Verfügung stellen. Die Kommunikation erfolgt über eine digitale Schnittstelle. Diese ersetzt die herkömmlichen analogen Schnittstellen und eliminiert damit auch gerade diejenigen technischen Probleme, welche durch Signalstörungen auf den Leitungen entstehen.
Als digitale Schnittstelle wird oft das IO-Link-System verwendet. Es garantiert eine einfache, normierte Anbindung an intelligente Master-Geräte, welche ihrerseits die Daten vom Ventil direkt in die IT-Welt übertragen können. Daneben erfolgt die eigentliche Steuerung des Ventils über den klassischen Kanal zur SPS.
Zusätzlich zur Übertragung von Statusinformationen ermöglicht IO-Link auch die komplette Parametrierung des Ventils direkt vom IO-Master aus. Mittels toolunterstützter Parametereinstellung und zentraler Datenhaltung entstehen entscheidende Vorteile für die schnelle Projektierung und Inbetriebnahme und für die einfache Erstellung der aktuellen Anlagendokumentation. Solche Ventile können auch ohne die IO-Link-Anbindung betrieben werden. Das Steuersignal wird dann über einen analogen Eingang zugeführt.
Bei manchen Herstellern, beispielsweise Wandfluh, lässt sich das Ventil auch über eine App parametrieren. Die App liefert zudem auch Prozessdaten und Statusinformationen. Die Kommunikation erfolgt in diesem Fall über eine kabellose Bluetooth-Schnittstelle und ermöglicht damit den Aufbau einer Verbindung zum Ventil, ohne dass ein Kabel angeschlossen werden muss. Die kommunizierten Daten werden verschlüsselt, um nicht autorisierte Zugriffe auf das Ventil auszuschließen. Die App steht für die beiden Betriebssysteme iOS Apple und Android zur Verfügung. Die Ventilelektronik PD3 steht Anwendern auch als separates Steuergerät zur Verfügung und kann somit alle gängigen Ventile im Markt ansteuern. do
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