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Alle Anlagen und Maschinen anbinden

Konnektivität von der Stange

Die Maschinenanbindung an ein Manufacturing Execution System (MES) sollte in Zeiten der Digitalisierung einfach fallen. Meist brauchen Fertiger heute aber mehr als einen IoT-Datensammler. Denn nur mit den richtigen Protokollen weiß das MES, was erfasste Daten bedeuten und kann diese in den Dienst höherer Transparenz und Effizienz stellen.

Shopfloor Integration bedeutet ganz einfach Maschinen anbinden (Bild: MPDV / stock.adobe.com - zhu difeng)

Shopfloor Integration bedeutet ganz einfach Maschinen anbinden (Bild: MPDV / stock.adobe.com – zhu difeng)

In heutigen Fabrikhallen findet man dort typischerweise einen wahren Zoo an Maschinen und Anlagen. Von Bohrmaschinen aus dem frühen 20. Jahrhundert bis zu modernen Spritzgussmaschinen oder Bearbeitungszentren mit standardisierten Schnittstellen ist alles vertreten. Um diese Vielfalt an Maschinen an ein MES anzubinden, werden viele unterschiedliche Werkzeuge und Methoden gebraucht.

Besser im Standard bleiben

Die Faustregel ist: Je moderner eine Maschine, desto einfacher ist es, sie anzubinden, beispielsweise standardisiert mit OPC UA. Dafür nutzt ein MES verschiedene Kommunikationstreiber, die es ermöglichen, unterschiedlichste Maschinentypen anzubinden und so normiert Daten im System bereitzustellen. Die Kommunikationstreiber fungieren dabei als eine Art Übersetzer. Denn sie bereiten die Daten so auf, dass das MES diese zur Verwendung in den einzelnen Anwendungen bereitstellen kann. Die Anwendungen machen aus den Daten brauchbare Informationen und stellen sie etwa als Diagramm dar. Neben standardisierten Protokollen wie OPC UA, MTConnect und MQTT unterstützen MES-Anwendungen branchenspezifische Protokolle wie Euromap 63, ein Protokoll für die Spritzgussindustrie oder Umati für Werkzeugmaschinen. Mit einem Development Kit haben Nutzer darüber hinaus die Möglichkeit, eigene Kommunikationstreiber zu programmieren und mit dem MES zu verbinden, sofern die Maschine keines der verfügbaren Standardprotokolle unterstützt.

Wenn es nicht im Standard geht

Insbesondere ältere Maschinen ohne standardisierte Schnittstellen lassen sich mit einem IIoT-Device, also einer separaten Hardwarekomponente, an ein MES anbinden. Dafür wird die Konnektivitätslösung über Drähte mit der Maschine beziehungsweise deren Steuerung verkabelt. Das Industrial Internet of Things-Gerät (IIoT) leitet die erfassten Signale etwa mittels OPC UA und MQTT zur Verarbeitung an das MES weiter. Da diese Devices analoge und digitale Eingangssignale verarbeiten können, lässt sich eine große Bandbreite an Maschinen und Anlagen damit anbinden. Aber wie sieht das im Detail aus?

Bild: MPDV Micorlap GmbH / Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG

Bild: MPDV Micorlap GmbH / Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG

Das digitale Signal

Zu den einfachsten Arten der Maschinenanbindung gehört das digitale Signal. Hier lässt sich lediglich zwischen Ja oder Nein bzw. Ein oder Aus unterscheiden. Also Ja, die Maschine produziert oder Nein, das Licht ist aus. Digitale Signale lassen sich mit nachgerüsteten Lösungen vergleichsweise einfach erfassen. Durch ein entsprechendes Signalmapping erhält das Signal im MES eine Bedeutung. Diese Art der Maschinenanbindung wird hauptsächlich im Bereich Maschinendatenerfassung oder bei älteren Anlagen eingesetzt. Neben digitalen Signalen können Retrofit-Systeme auch Zählimpulse sowie analoge Signale erfassen – ersteres für Mengenerfassung und letzteres beispielsweise zur Erfassung von Temperaturen oder anderen Prozesswerten.

Das Protokoll der Wahl

Heute führt OPC UA in vielen Fällen ans Ziel. OPC UA ist eine offene Datenschnittstelle, die deutlich mehr Informationen transportieren kann als ein einfaches digitales Signal. OPC UA steht für Open Platform Communications Unified Architecture und ermöglicht die Kommunikation zwischen Produkten verschiedener Hersteller. Sowohl der Transport von Daten als auch Sicherheitsmechanismen und der semantische Aufbau der Daten lassen sich darüber spezifizieren. OPC UA überträgt typischerweise Maschinendaten wie beispielsweise Zählerstände, Statusmeldungen, Messwerte, Sensordaten, Regelgrößen oder Steueranweisungen. Verbände wie der Bitkom und ZVEI empfehlen OPC UA auch als Kommunikationsprotokoll für Industrie 4.0-Anwendungen. Zum Nachlesen für Experten: OPC UA wurde auch als Normenreihe IEC62541 veröffentlicht.

Branchenspezifische Protokolle

Über die Jahre haben sich auch einige branchenspezifische Kommunikationsprotokolle entwickelt, die mehr oder weniger auf Standards wie OPC UA aufbauen. Beispielsweise ist Euromap 63 eine Schnittstelle speziell für den Spritzguss. Hierzu haben sich die wichtigsten Hersteller von Spritzgussmaschinen auf einen Standard geeinigt. Genau wie bei OPC UA ist es mit Euromap 63 möglich, eine Vielzahl an Informationen zum Zustand der Maschine bzw. zum aktuell laufenden Vorgang zu übertragen. Ein weiteres Beispiel ist das Universal Machine Tool Interface (kurz: Umati), das auf OPC UA basiert und vom Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e. V. (VDW) vorangetrieben wird. Für kunden- oder herstellerspezifische Konfigurationen von Werkzeugmaschinen ermöglicht Umati ein individuelles Mapping von Parametern auf standardisierte Datenmodelle. Auch wenn dieser Standard noch nicht final am Markt etabliert ist, lohnt schon heute die Prüfung, ob ein MES dafür vorbereitet ist. Darüber hinaus gibt es ein breites Feld an mehr oder weniger standardisierten Protokollen, die an einen Hersteller oder Branche gebunden sind. Bei der Wahl eines MES sollten Unternehmen darauf achten, dass für sie relevante Protokolle unterstützt werden. Sind dann erst die relevanten Maschinen mit dem MES verbunden und liefern Daten, lassen sich mitunter entscheidende Lücken aufdecken, um die Effizienz in der Produktion zu steigern.


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