Erschienen am: 29.10.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 11 2018

Vernetzung und Kommunikation in Zeiten des IIoT

Sagt eine Maschine zur anderen…

Im Privatleben vieler Menschen ist die Digitalisierung bereits voll integriert: Rollläden werden über das Smartphone gesteuert, die Musik im Wohnzimmer startet per Sprachsteuerung und die Standheizung des Autos temperiert das Fahrzeug im Winter zum genau richtigen Zeitpunkt vor Fahrtantritt. Doch dieser Trend schreitet auch im industriellen Bereich voran, am industriellen Internet of Things und der zunehmenden Vernetzung, kommt im Maschinenbau kaum jemand vorbei. Die dahinter stehenden Chancen stehen und fallen jedoch mit den Fachkräften, die den Maschinen buchstäblich das Sprechen beibringen müssen.

Autor: Kurt Meißner


SPS als Ausgangspunkt für die Vernetzung: Neben der Datenmenge ist auch entscheidend, in welcher Zeit die Daten verarbeitet und bereit gestellt werden müssen.
Bild: Panasonic Electric Works Europe AG

In großen Konzernen, die auf eigene IT-Abteilungen zurückgreifen können, geht man das Themengebiet Industrie 4.0 tatkräftig an. Mittelständische Unternehmen, die in den meisten Fällen nicht über entsprechende Fachabteilungen und Ressourcen verfügen, stehen zusätzlich zur primären Herausforderung der neuen Technologien auch vor der Schwierigkeit, entsprechend qualifizierte Fachkräfte zu finden bzw. Mitarbeiter weiterzubilden.

Fehlende Fachkräfte als Hemmschuh

Eine Studie aus dem Frühling 2018 zur Digitalisierung im deutschen Mittelstand belegt an Hand einer repräsentativen Umfrage unter 2.000 deutschen KMU, dass genau dieses Fachkräftethema die Digitalisierung erheblich hemmt. Vor diesem Hintergrund will Panasonic als Lösungsanbieter speziell auf die Bedürfnisse des Mittelstands zugeschnittene Lösungen bieten: Mit verschiedenen Ansätzen können entweder erste digitale Projekte verwirklicht werden oder komplexe Datenanalysen über die Cloud gefahren werden - je nach Anforderung und nach bereits bestehender Digitalkompetenz des Kunden. Im Zusammenhang mit Digitalisierungsprojekten gilt es, sich der Bedeutung verschiedener Komponenten und auch Lösungen bewusst zu werden und für jede Applikation einzeln zu prüfen und zu bewerten, welche Systeme im jeweiligen Fall geeignet sind: Ausgehend von den konkreten Anforderungen der Applikation sollte zunächst die SPS ausgewählt werden, um dann, an Hand der Bedien-Panels, den richtigen Vernetzungsgrad auszuwählen.

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SPS als Ausgangspunkt für die Vernetzung

Für industrielle Anwendungen stehen verschiedene SPS-Typen mit unterschiedlichen Kapazitäten zur Verfügung. Bei der Auswahl gilt es zu beachten, welche Anforderungen in der jeweiligen Applikation bewältigt werden müssen: Kriterien sind unter anderem die Anzahl der zu bewegenden Achsen oder die Anzahl der angeschlossenen Sensoren. Daraus ergibt sich eine für jede Applikation individuelle Datenmenge, die die SPS verarbeiten muss. Daneben ist auch entscheidend, in welcher Zeit die Daten verarbeitet und bereit gestellt werden müssen. Panasonic hält für alle Leistungsklassen passende Steuerungen bereit, so dass Kunden für ihre Anwendung eine geeignete Lösung finden: Das Spektrum beginnt bei der kompakten Steuerung FP0R mit einem Einbaumaß von 25x90x60mm, die sich mit ihrer standardmäßigen seriellen Kommunikation für den stationären Einsatz empfiehlt, aber mit Erweiterungsmodulen auch Ethernet-fähig wird. Das obere Ende der Leistungsskala bildet das SPS-Modell FP7, das mit einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von 11ns/Schritt bis zu 64 Achsen betreiben kann und über einen integrierten Webserver und vielfältigen Kommunikationsschnittstellen eine vollständige Web-Integration bietet.

Digitalisierung von bestehenden Maschinen

Von hoher Bedeutung für eine erfolgreiche Vernetzung ist auch das Bedien-Panel bzw. HMI der Maschine. Es bildet die Kommunikationsschnittstelle zwischen Mensch und Maschine: Darüber bekommt der Bediener einerseits Daten der Maschine angezeigt und kann gegebenenfalls mit einer Eingabe auf diese Daten reagieren kann. Grundlegend für eine möglichst reibungslose Arbeit mit dem HMI ist eine übersichtliche und logische Darstellung der von der SPS oder anderen verarbeitenden Maschinenkomponenten bereit gestellten Daten. Die Visualisierung von Prozessen und das grafische Aufbereiten von Datensätzen ist elementar für das Verstehen von komplexen Abläufen und Zusammenhängen in der Maschine und damit ebenso für ein fehlerfreies Bedienen der Anlage. Zudem können übersichtlich aufbereitete Daten leichter interpretiert und analysiert werden, um die richtigen Schlüsse ableiten zu können; eine unüberschaubar große Menge an Einzeldaten hat für den Bediener keinen Wert, wenn sie nicht in Zusammenhang zueinander gesetzt werden kann, um gegenseitige Abhängigkeiten zu erkennen. Panasonic bietet mit den Serien GT und HM ein breites Portfolio an Bedien-Panels, das für eine Vielzahl an Applikationen geeignet ist: Die Produktpalette reicht von monochromen Anzeigen über Spezialgeräte für den witterungsbeständigen Einsatz im Freien bis zu 13"-Display mit 64k Farben. Die Programmierung aller Panels für eine effiziente Darstellung erfolgt mit den kostenlosen Software Tools von Panasonic unkompliziert. Lässt sich der Bediener die aufbereiteten Daten nun direkt physikalisch auf dem Bedienfeld an der Maschine selbst anzeigen, so handelt es sich um die ursprüngliche Verwendungs- und Arbeitsweise. Ein erster Schritt hin zu Digitalisierung ist es, wenn über einen Browser auf einem externen PC auf die Webseite des visualisierten Prozesses auf dem Bedienpanel zugegriffen wird; die Anzeige des HMI wird sozusagen ins Web gespiegelt, so dass die Daten von außen eingesehen werden können.

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Umfangreiche Möglichkeiten zur Fernüberwachung

Alle Panasonic-Bedien-Panels der HM-Reihe sind für diesen Zweck mit Ethernet-Schnittstellen ausgerüstet und unterstützen VNC (Virtual Network Computing). Die dazugehörende Web-Server-Architektur basiert auf HTML5, so dass der Bediener umfangreiche Möglichkeiten zur Steuerung und Fernüberwachung erhält und von PC, Tablet oder Smartphone auf die Maschine zugreifen kann. Gerade für bestehende ältere Maschinengenerationen ergeben sich durch die Panels interessante Möglichkeiten: Durch den Anschluss von klassischen SPSen ohne Ethernet-Zugang an das HMI sind auch diese Maschinen online erreichbar. Möglich macht dies die RS232-Schnittstelle, die die Verbindung zum Bediengerät darstellt, und die Panasonic-eigene Pass-through-Mode-Lösung, die nicht nur den Fernzugriff auf diese Maschinen ermöglicht, sondern auch die bidirektionale Kommunikation zwischen Maschine und Online-Nutzer. Für Maschinenbauer stellen die Bedien-Panels somit einen kostengünstigen Weg dar, bestehende Maschinen und Anlagen für Beitreiber attraktiver zu machen, ohne sich mit Cloudservern auseinander setzen zu müssen oder die Maschine als Ganzes zu überarbeiten.

Vernetzter Cloudservice für die Industrie

Reicht der Zugriff auf eine einzelne Maschine nicht aus, sondern sollen unterschiedliche Abteilungen auf verschiedene Maschinen an unterschiedlichen Standorten zugreifen, so bietet sich der Einsatz eines Cloudservers an - Panasonic stellt für diese Fälle die Corvina Cloud zur Verfügung. Hier erfolgt der Zugang zu den Maschinendaten nicht direkt über die Maschine bzw. das Bedien-Panel, sondern rein über einen Cloudserver, der aufgrund von festgelegten Zugangsberechtigungen den jeweiligen Nutzer über die Bediengeräte als Gateway genau in den Teil des lokalen Netzwerks leitet, für das er die Verantwortung trägt und für das er über die nötige Freigabe verfügt. Der Cloudserver stellt dabei durch Open-VPN und Open-SSL ein gesichertes System in sich dar, so dass auf das Netzwerk der betreffenden Maschinen und Anlagen selbst nicht zugegriffen werden muss. Bei Corvina handelt es sich somit um einen Cloudserver, der die steigenden Anforderungen hinsichtlich Konnektivität und Bedienfreundlichkeit abdeckt. Es können verschiedene Rollen mit unterschiedlichen Rechten definiert werden, die je nach benötigten Daten Zugriff erhalten: vom Ingenieur, der die Maschine aus der Ferne in Betrieb nimmt oder warten kann, über das Qualitätsmanagement, das die Produktionsdaten auswerten möchte, bis hin zum Programmierer, der auf einer bestimmten SPS die Programme aktualisiert oder neue Versionen ausrollt. Neben diesen operativen Aufgaben kann der IT-Manager übergreifend überwachen, ob das Netzwerk performant läuft. Es können alle gängigen internetfähigen Geräte zur Arbeit mit der Corvina Cloud verwendet werden. Die Bedienung ist ohne große Einarbeitungszeit möglich. Auch hinsichtlich der Datensicherheit bietet die Corvina Cloud verschiedene Vorteile: Zum einen werden keinerlei personalisierte Daten der Nutzer gespeichert, sondern nur die hinterlegten anonymisierten Rollen, was grundlegend zum Datenschutz der Mitarbeiter beiträgt. Zum anderen werden die Maschinendaten selbst nicht online gespeichert, sondern die Cloud stellt nur den Weg bereit, über den die Nutzer auf die Daten an den Maschinen zugreifen können und agiert damit als Platform as a Service (PaaS). Attraktiv ist Corvina auch auf der Kostenseite: Es entsteht pro Gateway nur eine einmalige Gebühr, was die Cloud zu einem klar kalkulierbaren Faktor in der Rrechnung macht. Bedenkt man zudem, dass hinter einem HMI als Gateway eine beinahe unbegrenzte Anzahl an Endgeräten versammelt sein können, lassen sich die Kosten pro Endpunkt deutlich reduzieren.

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Intuitive Bedienung, überschaubare Kosten

Gerade für mittelständische Unternehmen ohne eigene große Erfahrung im Cloud Computing ist die Corvina Cloud angesichts der aufgeführten Eigenschaften von großem Vorteil; definierte Nutzer können sicher auf die Maschinen zugreifen, deren Daten nicht in der Cloud gespeichert werden. Die Bedienung des Systems ist beinahe intuitiv, die Kosten überschaubar. Digitalisierte Projekte können so in einem risikoarmen Rahmen durchgeführt werden. Generell lohnt sich ein genauer Blick auf die Verntzungs- und Digitalisierungsmöglichkeiten von Maschinen: Durch verschiedene technische Lösungsansätze können auch bestehende Maschinen ohne umfangreiches Re-Design und ohne eigene große IT-Fachabteilung entsprechend nachgerüstet werden.

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