12.06.2019

BM100 von Asem

IPC, IoT-Gateway oder komplette Automatisierungslösung?

Mit dem BM100 hat Asem ein Allround-Talent im Portfolio, dass sich nicht direkt einer Geräteklasse zuordnen lässt, sich dafür aber in vielen Anwendungen zu Hause fühlt. Erstmalig vorgestellt wurde der BM100 auf der SPS-Messe 2018 in Nürnberg. Kompakt, leistungsfähig und flexibel ist die Plattform auch dank ihrer lüfterlosen Multi-Core-CPU-Architektur.


Der BM100 ist das neueste Mitglied in der Asem IPC-Familie, mit dem die Anforderungen nach kleinen und kompakten, aber doch leistungsfähigen Industriecomputern umgesetzt werden. Der BM100 ist ein wahres Multifuntionstalent: Nicht größer als eine kleine Pralinenschachtel, ist er dennoch mit allen wichtigen Schnittstellen ausgestattet und kann beispielsweise als einfache Steuerung mit Codesys SoftPLC, als IoT-Gateway/Router oder auch als komplette Automatisierungslösung mit Fernwartung, Steuerung und Visualisierung eingesetzt werden. Durch die Möglichkeit den BM100 individuell an die Einsatzbedingungen anzupassen, sind den Einsatzmöglichkeiten wenig Grenzen gesetzt.

Die Hardware

Anwendern sagt besonders die hohe Flexibilität und Performance bei geringem Platzbedarf zu. Wie bei allen IPCs, legte Asem auch beim Entwurf und der Konstruktion des BM100 großen Wert auf die Zuverlässigkeit, Flexibilität und Verfügbarkeit. Das spiegelt sich im Asem-Konzept des 'All-in-One'-Mainboards wider, bei dem alle Module des IPCs (z.B. CPU, RAM oder Massenspeicher) auf einem Board untergebracht werden. Lediglich die Spannungsversorgung ist als separates Board isoliert, damit im Servicefall nur eines der Boards getauscht werden muss. Der BM100 steckt in einem lüfterlosen Aluminium-Gehäuse, dessen Herzstück eine MultiCore-CPU der neuesten Intel Atom Generation ist. Mit der Auswahl des Prozessors (Dual- oder Qua-Core), des Arbeitsspeichers und des Massenspeichers kann der Kunde den BM100 ganz nach seinen Vorstellungen an die jeweilige Anwendung anpassen. Diese Philosophie der individuellen Anpassung gilt nicht nur für die Hardware, sondern wird auch bei der Software umgesetzt. Spezifische Kundenwünsche bezüglich des Software-Images, z.B. ein anpassbares Bios gehören genauso zu den heutigen Trends, wie die Möglichkeit, gängige Betriebssysteme und SoftSPSen zu kombinieren. Asem bildet mit dem BM100 auch hier das komplette Angebot neben seinem eigenen Standard ab, der üblicherweise aus einer Codesys Soft-SPS, einer Visualisierung und einer Fernwartungslösung besteht. Mit den kommenden Erweiterungen wird der BM100 noch flexibler: Ausgestattet mit einem Mobilfunkmodem (3G/4G/LTE) oder WiFi kann der IPC drahtlos kommunizieren, optional hat der Kunde mit einem Ethernet-Switch, USB und seriellen Schnittstellen weitere Kommunikationsschnittstellen zur Verfügung.

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Umfangreiches Set für Industrie 4.0

Zusammen mit der Software Uniqo wird der BM100 zum Industrie-4.0-Talent. Uniqo ist eine komplett neue und vollständig auf OPC UA basierende Visualisierungssoftware. Im Gegensatz zu den am Markt erhältlichen Lösungen wird nicht nur die Kommunikation über OPC UA ermöglicht, sondern sämtliche Eigenschaften eines HMIs, wie z.B. Rezepte, Datenlogger, Objekte im OPC UA Informationsmodell abgebildet und entsprechend zur Verfügung gestellt. Damit werden Projekte wirklich dynamisch, indem Änderungen am Projekt zur Laufzeit ohne Maschinenstopp umgesetzt werden können. Die Kombination aus Objektorientierung, OPC UA Informationsmodell und Kommunikation erlaubt den Kunden neue, bisher nicht dagewesene Lösungsansätze umzusetzen und eignet sich insbesondere für dynamische Anwendungen, auch im Umfeld von Industrie 4.0 bzw. IoT.

Uniqo in der Anwendung

Für die Firma Breton, ein Spezialist für den Bau von Maschinen zur Naturstein- und Metallverarbeitung war genau das der ausschlaggebende Punkt. Bedingt durch die Art der Maschinen, sah sich Breton immer mit zwei wesentlichen Problemen konfrontiert. Das erste Problem betrifft die Prüfung der Maschinen. Steinbearbeitungslinien bestehen sehr oft aus einem Satz von Einzelmaschinen, die jeweils einer bestimmten Phase der Materialbearbeitung zugeordnet sind. Dabei wird zwischen einfachen Maschinen wie z.B. Rollenbahnen und Systemen zum Be- und Entladen von Steinplatten und den komplexeren Maschinen wie z.B. Polierer, oder Lager unterschieden. Alle Maschinen nehmen einen sehr großen Raum ein und sind für die Bearbeitung von Brammen beträchtlicher Größe ausgelegt. Infolgedessen werden die einzelnen Maschinen an eigenen Standorten montiert und erst beim Endkunden in Betrieb genommen. Dennoch muss jede gebaute Maschine einzeln geprüft werden, bevor sie beim Kunden in der Linie in Betrieb genommen wird. Aufgrund der Spezialisierung der Maschinen und ihrer individuellen Konfiguration muss für jede Maschine ein separates Testprogramm entworfen werden, dass es so kein zweites Mal gibt und dass auch nicht nach Abschluss der Montage in der Linie selbst verwendet werden kann. Die Entwicklung der Testschnittstellen ist daher eine sich wiederholende Aufgabe mit hohem Aufwand. Mit Uniqo HMI hat der Kunde die Möglichkeit, die Benutzeroberflächen komplett automatisch und dynamisch generieren zu lassen. Dafür wird zur Laufzeit eine externe Datei eingelesen, die typischerweise von einem Managementsystem zur Verfügung gestellt und die die aktuelle Maschinenkonfiguration, sowie die Steuerungslogik enthält. Grundlage für die dynamische und vor allem automatische Erzeugung der Bedienanzeigen bildet die modulare und objektorientierte Architektur von Uniqo. Der Kunde kann eigene Prototypen oder Objektklassen anlegen, diese mit den gewünschten Eigenschaften ausstatten und zur Laufzeit instanziieren. Das eigentliche Projekt besteht zum Zeitpunkt des Entwurfs nur aus einer leeren Bildschirmseite und einem C#-Skript. Das andere, zweite Problem des Kunden betrifft die Datenerfassung aus einem heterogenen Satz von Sensoren und Maschinen und deren Integration, um den höheren Managementebenen alle Informationen zur Verfügung zu stellen, die für die Überwachung der Produktionsprozesse, erforderlich sind. Für die Zulassung war es wichtig, dass die Daten unabhängig von ihrer Herkunft in einem einheitlichen Format vorliegen. Der Kunde musste daher ein Gateway schaffen, das mit den unzähligen, im Feld befindlichen Systemen und mit den unterschiedlichen SPSen kommunizieren kann, um die Daten zu aggregieren und sie wiederum in einem bestimmten Format einheitlich darzustellen. Mit Uniqo ist der BM100 in der Lage, mittels der gängigen Industrieprotokolle zu kommunizieren, die Daten zu erfassen und innerhalb beliebig komplexer Datenstrukturen zu modellieren. Die gesammelten und modellierten Daten werden dann über den OPC-UA-Server zur Verfügung gestellt. Diese sog. 'Aggregationsserver' eignen sich ideal für Applikationen , bei denen die Kommunikation eine wesentliche Voraussetzung ist. Mit Uniqo HMI können dynamische Client/Server-Architekturen geschaffen werden, in denen sich HMI-Systeme in der Rolle von Produzenten und Konsumenten unterschiedlicher Informationsarten abwechseln. Darüber hinaus können in einem System mit Uniqo HMI nicht nur die Daten, sondern auch die Funktionalitäten der Anwendung geteilt werden, so dass ein externer OPC-UA-Client aktiv mit allen Funktionen des Projekts interagieren kann, wie z.B. der Benutzerkonfiguration, Rezepten oder auch grafischen Elementen.

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Integrierte Fernwartungslösung

Ausgestattet mit Ubiquity, bietet der BM100 auch eine sichere Lösung zur Fernwartung, bei der alle Komponenten einzeln überprüft, getestet und nach IEC62443-3 zertifiziert wurden. So kann der BM100 die Anforderungen nach steigender Verfügbarkeit und Produktivität auf der einen Seite befriedigen, auf der anderen aber gleichzeitig für die nötige Sicherheit sorgen. Immer mehr Maschinen und Anlagen werden ins Internet gebracht und nicht erst seit Cyberattacken und Ransomware wie WannaCry oder Petya stehen Industrieanlagen im Fadenkreuz von Hackern und Kriminellen. Aus Gesprächen mit Kunden und deren Wunsch nach einer komfortablen aber auch sicheren Lösung, entstand eine Software, die den Anwender nicht nur während der Installation und Inbetriebnahme unterstützt, sondern auch im After-Sales. Die eigens von Asem entwickelte Fernwartungslösung hilft Kunden bei der Wartung und Änderungen am Maschinen- oder Anlagenpark genauso wie bei der Fehlersuche, einem Training oder einer Installation. Da sich mit Ubiquity darüber hinaus neue Möglichkeiten für Dienstleistungen und Services eröffnen, können Kunden zusätzliche Wertschöpfung im After-Sales-Bereich generieren. Den Stellenwert der Cybersicherheit hat Asem frühzeitig erkannt und stattet alle Produkte, die mit einem Windows-Betriebssystem ausgestattet sind, bereits ab Werk mit der Runtime seiner Fernwartungslösung Ubiquity aus, so auch den BM100. Der Kunde benötigt nur noch eine Domain, quasi seinen Kunden-Account. Er wird ohne weitere Folgekosten einmalig erworben. Das heißt, dem Kunden obliegt es, wie viele Geräte und Nutzer angelegt werden. Es gibt keine Pakete oder Grenzen, die die Anzahl der Geräte, der Nutzer oder des Traffics einschränken bzw. die zusätzlich bezahlt werden müssen. Ubiquity besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: dem Control Center, der Laufzeitumgebung auch Runtime genannt und der Server-Infrastruktur. Mithilfe des Control Centers wird die Kunden- Domain verwaltet. Dazu gehören Zugriff, Aktualisierung und Überwachung der assoziierten Geräte und Nutzer. Die Laufzeitumgebung ist als Softwarekomponente auf den Geräten von Asem bereits vorinstalliert, aber für die Betriebssysteme WIN CE, WIN32 und WIN64 auch separat für Fremdsysteme verfügbar. Die Server-Infrastruktur gewährleistet den sicheren Verbindungsaufbau zwischen der Laufzeitumgebung und dem Control Center. Dazu müssen sich beide Seiten am Server authentifizieren. Über ein sicheres Verschlüsselungsprotokoll (TLSv1.2) wird zunächst die Verbindung, jeweils vom Control Center und der Laufzeitumgebung zum Server hergestellt. Im Anschluss wird mittels VPN-Tunnel eine sichere und verschlüsselte Ende-zu-Ende-Verbindung hergestellt. Der Kunde kann nun auf Geräte und Subnetze zugreifen, z.B. um eine SPS oder einen Umrichter auszulesen bzw. neue Programme und Parameter aufzuspielen. Inbetriebnahmen, Wartung und Fehlersuche werden so deutlich einfacher. Mit der App 'Mobile Ubiquity VPN' kann auch der Anwender auch vom Tablet oder Smartphone eine VPN Verbindung zur jeweiligen Maschine herstellen. Durch den Einsatz moderner Kryptografie-Verfahren ist sichergestellt, dass die Daten nicht mitgelesen oder entschlüsselt werden können. Gemeinsam mit einem externen Anbieter hat Asem unterschiedliche Angriffsmethoden getestet, denen Ubiquity erfolgreich standhalten konnte. Um auf dem neuesten Stand der Technik zu bleiben und auch in Zukunft weiterhin eine sichere Lösung anzubieten, wird Ubiquity permanent weiterentwickelt. Dabei werden auch die Updates entsprechenden Tests nach IEC62443-3 unterworfen. Mit der kommenden Zwei-Faktor-Authentifizierung soll der Zugang zum Control Center und damit die Verwaltung der Domain und Nutzer noch sicherer gemacht werden.

Fazit

Der BM100 gehört sicherlich zu den kleinsten Vertretern seiner Gattung. Dennoch kann er gemessen an seiner Größe mit einer großen Leistungsdichte aufwarten. Weiterhin verfügt das kleine Kraftpaket durch die hohe Fertigungstiefe und einer vollautomatisierten Fertigung in Italien über ein sehr gutes Preis-/Leistungsverhältnis. Mit der Erfahrung aus 40 Jahren Design, Konstruktion und Fertigung von Industriegeräten gewährleistet Asem eine schnelle Verfügbarkeit und einen Produktlebenszyklus von min. 10 Jahren.

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