Industrie 4.0 eröffnet neue Möglichkeiten

Ein Ökosystem für intelligente Geräte

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Die Idee hinter Industrie 4.0 bzw. dem Internet der Dinge bildet ein technisches Ökosystem, in dem intelligente, industrielle Ausrüstung über Internettechnologien mit einer entsprechenden Software verbunden ist. Industrie 4.0 ermöglicht es, aus Big-Data-Applikationen sinnvolle Handlungsanweisungen zu generieren sowie Experten in aller Welt zu konsultieren. Dies hilft vor allem Unternehmen, die sich mit zunehmendem Fachkräftemangel und den damit verbundenen Problemen konfrontiert sehen.

Seit den Neunzigerjahren des vorigen Jahrhunderts dient das Purdue-Modell als Referenzarchitektur für die sichere Integration von Anwendungen in Steuerungsprozesse, betriebliche Abläufe und Business-Systeme. Parallel dazu entstand im Laufe der Zeit eine neue Architektur speziell für Überwachungsanwendungen, die keine Prozesskontrolle beinhalten. Diese Architektur ähnelt in ihrer Struktur den bekannten Scada-Systemen. Löst man sich jedoch von der Überwachungssteuerung, werden sie zu einfachen Datenerfassungssystemen. Moderne Industrie-4.0-Gateways basieren auf effizienten Prozessoren, kompakter Software und Datenübertragungsprotokollen, die auch mit limitierten Netzwerkbandbreiten arbeiten können. Industrie 4.0 zielt darauf ab, sowohl Ingenieuren als auch dem Management verwertbare Informationen zu liefern – wann und wo immer sie diese benötigen.

Industrie 4.0 nutzen
Gerade Anwendungen im Bereich Energie, Zuverlässigkeit sowie Personen- und Umweltschutz stoßen an ihre Grenzen, wenn sie in herkömmliche Architekturen der Prozessautomatisierung, die auf dem Purdue-Modell basieren, integriert werden sollen. Daten vom Kontrollnetzwerk gezielt an den entsprechenden Nutzer zu leiten, kann sehr kostspielig sein, und es bedarf langfristiger Pläne zur Projektintegration, deren Umsetzung durch neue Sicherheitsstandards zunehmend beeinträchtigt werden. Eine sichere Datenübertragung vom Kontrollnetzwerk zu den Betriebs- und Business-Netzwerken kann sich somit als schwierig erweisen. Viele Unternehmen lösen dieses Problem durch den Einsatz von Unternehmensdaten-Historians oder Hosting-Anwendungen im Betriebsnetzwerk mit sicherem Zugang über eine DMZ (Demilitarized Zone). Diese Art von intelligent vernetzten Gerätesystemen hat sich über einen Zeitraum von mehr als 20 Jahren entwickelt.
Das Industrie-4.0-Universum macht darüber hinaus den Einsatz innovativer Messtechnologien im Bereich Energie, Zuverlässigkeit sowie Personen- und Umweltschutz möglich. Beispiele dafür sind kabellose Systeme zur Energieüberwachung, Zustandsüberwachung von Pumpen, Gebläsen und Wärmetauschern sowie die Überwachung von giftigen Gasen und Sicherheitsventilen. Diese Systeme können vom Betreiber selbst erworben und installiert oder von einem Drittanbieter mit Fachkompetenz bereitgestellt werden. Eingebunden in neue Cloud-Technologien, die dezentralisierte Datenverarbeitung mit moderner Analytik kombinieren, ergeben sich so vollkommen neue Anwendungsmöglichkeiten.
Smarte Geräte
Das Konzept intelligenter (smarter) Geräte ist prinzipiell nichts Neues in der Prozessautomatisierung. Die meisten der heute eingesetzten Messumformer erfüllen die Voraussetzungen für Industrie 4.0. Sie sind multifunktional, mit zahlreichen Diagnose- und Verarbeitungsfähigkeiten. Der Nachteil: Der Einsatz vieler dieser neuen Sensortechnologien auf dem Markt war bislang ökonomisch nicht vertretbar.
Kabellose Sensornetzwerke, basierend auf WirelessHart, werden in Überwachungssystemen eingesetzt, die sich außerhalb der traditionellen Prozesskontrolle und dem Sicherheitsbereich befinden. Sowohl verkabelte als auch Wireless-Gateways können aufgrund des vereinfachten Cyber-Sicherheitsmodells einfach in bestehende Betriebs- und Business-Netzwerke integriert werden – in einigen Fällen über Cloud-Computing via Internet. Die Bedrohung für Kontroll- und Sicherheitssysteme ist reduziert, weil keine direkte Verbindung zum Kontroll- und Sicherheitsnetzwerk besteht.
Gleichzeitig wurden in den letzten Jahren die Kosten und die Komplexität der Implementierung dieser neuen Überwachungsnetzwerke spürbar reduziert. Wireless-Sensornetzwerke verursachen keine großen Kosten für Planung und Installation, da Verkabelung, Kabelkanäle, Kabelanschlüsse und Feldverteiler entfallen. Durch den gemeinsamen Einsatz von verkabelten Gateways und Wireless-Gateways im Anwendernetzwerk lässt sich die Komplexität der IT-Sicherheitssysteme reduzieren. Die Gateways können nutzerorientierte Anwendungen für punktbasierte Lösungen oder aber Algorithmen zur Filterung und Verarbeitung von Prozessinformationen hosten, bevor diese an höhere Levels innerhalb des Unternehmensnetzwerks oder der Cloud weitergeleitet werden. In einigen Fällen werden Mobilfunkmodems oder andere kabellose Backhaul-Netze zur direkten Verbindung der Gateways Richtung Cloud-Computing eingesetzt.

Mike Boudreaux
Director of Performance and Reliability Monitoring,
Emerson Process Management
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