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Industrial Internet of Things

IoT-Retrofit für Bestandsanlagen

Mit einem neuen IIoT-Gateway lassen sich sowohl Neuanlagen als auch Bestandsanlagen in moderne automatisierte Prozesse einbinden – ohne die existierende Steuerungshardware oder Software ändern zu müssen. Zusammen mit seinem Partnernetzwerk bietet HMS in diesem Rahmen eine Komplettlösung an, mit der Betreiber Maschinendaten erfassen und analysieren können, um Wertschöpfungspotentiale zu entdecken.

 (Bild: ©Alterfalter/Fotolia.com / HMS Industrial Networks GmbH)

(Bild: ©Alterfalter/Fotolia.com / HMS Industrial Networks GmbH)

Das Verbesserungspotenzial in Produktionsumgebungen durch die Nutzung intelligenter Automatisierung ist groß. Durch einen höheren Automatisierungsgrad lässt sich zusätzliches Wertschöpfungspotential aus Bestandsanlagen generieren. Da ältere Maschinen oftmals bereits abgeschrieben sind, ist der wirtschaftliche Effekt einer gesteigerten Produktivität – ohne größere Neuinvestitionen – sehr interessant und hilfreich, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Dreh- und Angelpunkt bei der Modernisierung der Automatisierungstechnik sind die Betriebsdaten der Maschinen, die möglichst exakt erfasst und ausgewertet werden müssen. Zudem müssen die Rückschlüsse dieser Auswertungen auch auf andere Produktionsstandorte übertragbar sein – unabhängig davon, ob es sich um neue Anlagen oder um Bestandsanlagen handelt.

Im heterogenen Maschinenpark

Bei der Umsetzung gibt es in der Realität einige Hürden zu überwinden: In vielen Produktionsstätten arbeiten Geräte, Maschinen und Anlagen aus mehreren Jahrzehnten autark und ohne Anbindung an ein übergeordnetes Produktionssystem an einem Auftrag. So heterogen wie der Maschinenpark ist auch die Schnittstellenlandschaft in einer typischen Fertigungshalle. Um hier die notwendige Übersicht zu erhalten, ist heute noch viel manuelle Arbeit notwendig: Daten müssen von einzelnen Maschine abgelesen, händisch notiert und schließlich in Excel-Listen oder in Produktionssysteme eingetragen werden. Das ist nicht nur zeitraubend, sondern auch fehleranfällig, teuer und ineffizient. Zudem geht damit immer ein Informationsverlust einher. Dabei ist es in vielen Fällen ganz einfach, wichtige Daten aus einer bestehenden Maschine für Online-Auswertungen zu gewinnen und zur Optimierung zu nutzen.

Flexibilität beim Retrofit

Damit sich die Anlagenmodernisierung möglichst schnell amortisiert und sich das Risiko von Produktionsstörungen durch Veränderungen reduziert, ist es sinnvoll, die Hard- und Software der Maschinensteuerung möglichst unverändert zu belassen. Denn oft stimmt die Dokumentation nicht mehr mit der aktuellen Version des SPS-Programms überein, oder ein in die Jahre gekommenes Konfigurationsprogramm ist unter aktuellen Windows-Versionen nicht mehr lauffähig. Deshalb gilt es bei der Modernisierung nur mit den Möglichkeiten auszukommen, die von der jeweiligen Steuerung standardmäßig unterstützt werden. Diese Herausforderung lässt sich durch den Einsatz eines Gateways lösen, das möglichst viele SPS- und Busprotokolle beherrscht, aber für die Kopplung mit den modernen IT-Systemen auch aktuelle Kommunikationsstandards wie OPC UA und MQTT unterstützt. Genau an dieser Stelle setzt das neue IIoT-Gateway Flexy 205 von HMS an.

Upgrade für Bestandsanlagen

Das Gerät ist ein modular aufgebauter Fernwartungs- und M2M-Router für Fernwartung und Datendienste. Für die Kopplung an die Maschinensteuerungen wird eine Vielzahl von seriellen, Feldbus- und SPS-Protokollen unterstützt. Das Gateway kann so mit fast allen aktuellen und vielen älteren Steuerungen verbunden werden: ABB, Siemens, Rockwell Automation, Schneider Electric, Mitsubishi Electric, Omron und Hitachi zählen dazu. Auch proprietäre Protokolle wie Siemens MPI werden unterstützt. Das Gateway wird über den Konfigurationsport der Steuerung angebunden und hat damit Zugriff auf die Programm- und Datenbereiche der Steuerung – ohne dass dazu SPS-Programm oder Konfiguration geändert werden müssen. Die Kopplung an die modernen IT-Systeme erfolgt entweder lokal oder remote über eine sichere VPN-Verbindung und standardisierte Protokolle.

In kleinen Schritten zum Ziel

Je nachdem welcher Automatisierungsgrad in der Bestandsanlage vorliegt, ist es zunächst einmal sinnvoll, ein Augenmerk auf die Maschinenverfügbarkeit und die tatsächliche Auslastung zu legen. Gibt es mehrere gleiche Maschinen in der Anlage, ist ein Benchmarking der einzelnen Maschinen und der jeweiligen Vorgehensweise bei der Bedienung sinnvoll. Statt auf eine allgemein gültige Patentlösung für anlagenweite oder gar standortübergreifende Maßnahmen zu warten sollte man besser mit kleinen Schritten anfangen und Erfahrungen sammeln. Oft lassen sich schon durch einfache Maßnahmen, wie das Einrichten des Fernzugriffs zur Unterstützung im Fehlerfall durch den Maschinenhersteller, deutliche Verbesserungen erzielen. Denn dadurch entstehen auch Möglichkeiten für die vorausschauende Wartung. Folgende Herangehensweise hat sich in der Praxis bewährt:

Schritt 1: Fernzugriff einrichten

Im ersten Schritt wird der Fernzugriff auf die jeweilige Steuerung an der Maschine vor Ort durch den Anschluss des IIoT-Gateways hergestellt, das als VPN-Router fungiert. Über das Talk2M-Vermittlungsportal erfolgt der Zugriff auf die Steuerung vor Ort über eine sichere VPN-Verbindung. Die Ewon-Lösungen wenden die Guidelines für Cyber Security in industriellen Anwendungen gemäß ISA62443 und NISTSP800 an und genügt so hohen Sicherheitsanforderungen.

Schritt 2: Überwachen und Daten sammeln

Ist der sichere Fernzugriff auf die Anlage hergestellt, werden produktions- und qualitätsrelevante Maschinendaten wie Betriebszustand, Auslastung und Produktivität kontinuierlich erfasst, visualisiert und für die Auswertung an übergeordnete Systeme, Analyse-Tools oder Datenbanken bereitgestellt. Über die VPN-Verbindung können sowohl Anlagenbetreiber als auch Maschinenhersteller die Daten analysieren und überwachen. Oft ist es sinnvoll, zunächst einmal wenige Datenpunkte über einen längeren Zeitraum aufzuzeichnen und wichtige Ereignisse (z. B. Störungen, Pausen oder Qualitätsprobleme) im Datenstrom zu kennzeichnen.

Schritt 3: Zusammenhänge erkennen

Schritt für Schritt lassen sich so Zusammenhänge erkennen und Maßnahmen zur Steigerung der Produktivität ableiten. Anhand der gesammelten Daten lassen sich z.B. Energie- und Ressourcenverbrauch ermitteln, darstellen und reduzieren. Ebenso bilden die Maschinendaten die Grundlage, um die Auslastung und damit den Durchsatz zu erhöhen. Über dieselbe VPN-Verbindung sind weitere Anwendungen möglich, die Mehrwert schaffen und die Anlagenteile zu einem Gesamtsystem zusammenführen. Remote Services sind Basis für intelligentere und flexiblere Fabriken und ermöglichen neue digitale Geschäftsmodelle mit Fokus auf einer Lebenszyklus- und Serviceoptimierung. Unternehmen können unter den Rahmenbedingungen von Industrie 4.0 ihre Produkte auf ganz neue Weise anbieten oder zusätzliche Mehrwertservices über den Produktlebenszyklus hinweg erzeugen.

Da das IIoT-Gateway Ewon Flexy 205 eine Vielzahl von seriellen, Feldbus- und SPS-Protokollen unterstützt, lassen sich auch ältere Steuerungen in moderne Automatisierungssysteme einbinden. (Bild: HMS Industrial Networks GmbH)

Da das IIoT-Gateway Ewon Flexy 205 eine Vielzahl von seriellen, Feldbus- und SPS-Protokollen unterstützt, lassen sich auch ältere Steuerungen in moderne Automatisierungssysteme einbinden. (Bild: HMS Industrial Networks GmbH)

Partnerschaftlich zur Komplettlösung

HMS versteht sich als Spezialist für die industrielle Kommunikation mit Feldbussen und Industrial Ethernet sowie für die industrielle Fernwartung. Für die Bereiche Datenvisualisierung, Datenanalyse und der datanbasierten Optimierung von Geschäftsprozessen hat HMS ein umfangreiches Netzwerk spezialisierter Partner aufgebaut. Die Solution Partner realisieren auf HMS-Produkten aufbauend Lösungen, mit denen sich z.B. vorausschauende Wartung, Berichterstellung, Mustererkennung, Energiemanagement, Gebäude-, Wasser- und Prozessautomatisierung sowie Big-Data- und Retrofit-Applikationen realisieren lassen.

Schlüsselkomponente Gateway

Beim Retrofit von Bestandsanlagen kommt der Datenkommunikation über flexible IoT-Gateways eine Schlüsselfunktion zu. Um mit allen Komponenten in heterogenen Produktionsumgebungen zu kommunizieren, ist eine Vielzahl von Schnittstellen in alle Richtungen der Prozesskette eine Grundvoraussetzung. Mit dem neuen IIoT-Gateway Ewon Flexy 205 stellt HMS eine Lösung vor, die Daten gängiger Systeme und Komponenten unterschiedlicher Hersteller zusammenzuführen und in übergeordnete IT-Systeme einbinden kann. Zusammen mit dem umfangreichen Netzwerk spezialisierter IoT-Partnerfirmen entsteht so eine Komplettlösung, mit der Anlagenbetreiber neue Wertschöpfungspotenziale mit Bestandsanlagen realisieren können.

 


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