Nahtlos vernetzte Produktion

Der richtige Weg ins Internet der Dinge

Der durch Digitaltechnik erzielte Effizienzgewinn wird für Industrieunternehmen zunehmend zum Wettbewerbsfaktor. Dabei haben sich schon viele Produzenten die Zähne daran ausgebissen, die Daten ihrer Automationsebene nahtlos in ihre IT-Umgebung zu integrieren. Diese Fähigkeit brauchen Firmen jedoch, wenn sie den Weg ins Industrial Internet of Things gehen wollen. Der Hardware-Hersteller Advantech hilft Anwendern mit seinem Portfolio, beide Welten zu verschmelzen.

Seit mehreren Jahrzehnten spielen zwei unterschiedliche Technologien, die Informationstechnologie und die Betriebstechnik, eine grundlegende Rolle für den effizienten Betrieb der weltweiten Produktionslinien. In der Regel existieren diese beiden IT-Welten als separate Einheiten. Aber in Anbetracht der Nutzenaspekte, beide Sphären in einem System zu verschmelzen, versuchen sich viele Hersteller an einer Integration – und viele scheitern bei diesem Vorhaben. Um zu verstehen, woran diese Projekte scheitern und wie man sie zum Erfolg führt, muss man beide Technologien verstehen.

Steuern und Überwachen

Operational Technology (OT) bezieht sich auf die Hard- und Softwaresysteme, die Maschinen und Prozesse überwachen und steuern – nicht nur in der Fertigung, sondern auch in Versorgungsunternehmen, Gebäudeleittechnik, Straßen-, Schienen- und Luftverkehrsmanagementsystemen. Während die Technologien und die Terminologie den Spezialisten der jeweiligen Disziplinen noch geläufig sind, kann dieses Wissen außerhalb des Fachbereichs nicht vorausgesetzt werden. Informationstechnologie (IT) hingegen wird breiter verstanden. Sie ist typischerweise im Büro oder Rechenzentrum einer Organisation zu finden und umfasst alle Computer, Server und Netzwerkinfrastrukturen, die Daten verarbeiten und speichern.

Die Trennung war gewollt

In der Vergangenheit waren Überschneidungen zwischen IT und OT nicht vorgesehen und meist auch nicht erwünscht. Stattdessen wurden diese Technologien von verschiedenen Abteilungen in eigener Verantwortlichkeit verwaltet. Die weiter steigenden Anforderungen in der Industrie und der Wirtschaft generell – gerade in Verbindung mit der Verbreitung des Internets der Dinge (IoT) – spiegeln sich unmittelbar in den Applikationen der industriellen Automatisierung wieder. Der Megatrend Industrie 4.0 hängt mit dieser Entwicklung direkt zusammen. Die vierte industrielle Revolution verändert die etablierten Strukturen von OT und IT: Die Koexistenz beider Systemwelten ist für viele Hersteller nicht länger akzeptabel. Immer mehr Führungskräfte und Ingenieure fordern, Produktionsanlagen aus der Ferne überwachen und steuern zu können – in Echtzeit und rund um die Uhr. Um das zu realisieren, müssen produzierende Unternehmen eine entsprechende Infrastruktur zur Datenspeicherung und -verarbeitung vorhalten, Cloud Services einbinden und dabei die IT-Sicherheit im Auge behalten.

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Steigende Ansprüche

IT-Geräte sind für den Einsatz in Büroräumen oder Rechenzentren konzipiert. Diese Orte sind sauber, temperatur- sowie feuchtigkeitskontrolliert und mit Failover-Systemen gesichert. Fällt ein System aus, ist der Support-Mitarbeiter meist schnell am Platz. Diese Hardware ist nicht darauf ausgelegt, den Umgebungseinflüssen einer Fabrik standzuhalten. OT-Hardware, wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und andere proprietäre Produktionsanlagen, hat einen vergleichsweise langen Lebenszyklus. Daher basieren aktuell eingesetzte Industriegeräte auf einer Vielzahl von physikalischen Kommunikationsschichten, die meist mit dem Hersteller der industriellen Steuerung verbunden sind. Gängig ist zum Beispiel Profibus, Devicenet, Interbus und Modbus. Um moderne Vernetzungsszenarien wie die Echtzeiterfassung und Weitergabe von Sensordaten umzusetzen, braucht man beides: leistungsstarke Industrie-PCs (IPC) und Server, die auch unter rauen Umgebungsbedingungen ihren Dienst verrichten, sowie die damit vernetzte IT-Infrastruktur.

Suche nach Anschluss

Das Hauptproblem bei der Erfassung von Daten aus der OT-Technologie ist es, auf Werksebene gesammelte Daten an die IT-Systeme weiterzuleiten. Dazu bieten sich im Wesentlichen drei Möglichkeiten an:

OT-Upgrade – zusätzlich zu ihren traditionellen Automatisierungsaufgaben lassen sich die SPSen und Industrierechner so programmieren, dass sie alle Daten an angebundene IT-Systeme liefern.

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Der Thin[gk]athon, veranstaltet vom Smart Systems Hub, vereint kollaborative Intelligenz und Industrie-Expertise, um in einem dreitägigen Hackathon innovative Lösungsansätze für komplexe Fragestellungen zu generieren. ‣ weiterlesen

Gateway Aggregator – ein Aggregationspunkt innerhalb des IO-Controllers kann mit einem Gateway verbunden werden. Dieses integrierte Gerät extrahiert die Daten aus dem Echtzeitsystem und stellt sie dem IT-System zur Verfügung, ohne dass die SPS oder der IPC neu programmiert werden muss.

Direkte Kommunikation – Bei dieser Variante sind alle Sensoren und Aktoren mit aktiven Kommunikationsmodulen ausgestattet, die eine direkte Anbindung an das IT-System ermöglichen.

Sorgfältig wählen ist gefragt

Anlagenbetreiber sollten sorgfältig abwägen, welche Option für ihren Betrieb am besten geeignet ist. Dafür gilt es, die Vor- und Nachteile sowie Kosten zu berücksichtigen. Als Faustregel gilt, dass ein Upgrade der OT meist die beste Wahl für Neuinstallationen ist, bei denen eine geeignete PC-basierte Steuerung (Soft-SPS) gewählt wurde. Bei Bestandsanlagen sind die laufenden SPSen und Industrie-PCs jedoch oft ungeeignet, den zusätzlichen Datentransport zu übernehmen. In diesen Fällen ist die Neuprogrammierung einer SPS mit erheblichen Kosten und Anlagenstillständen verbunden. Daher wird in solchen Situationen in der Regel eine Gateway Aggregator-Lösung bevorzugt. Direct Communication bietet eine Alternative für gezielte, hochwertige Upgrades der Bestandsanlagen. Wenn jedoch viele Sensoren benötigt werden und jeder mit Kommunikationsfähigkeiten ausgestattet werden muss, könnte dieser Ansatz wirtschaftlich unrentabel sein.