Die meisten prozesstechnischen Anlagen sind auf eine Laufzeit von dreißig oder mehr Jahren ausgelegt. Eine Neuerrichtung ist oftmals nicht notwendig, weil das in der Anlage gefertigte Produkt im Laufe der Zeit weder an Qualität noch an Aktualität verliert. Wie aber lassen sich Industrie-4.0-Technologien in einer bestehenden prozesstechnischen Anlage verwenden? Im ersten, wichtigen Schritt gilt es hier Daten aus der Anlage zu erhalten – und das sicher und rückwirkungsfrei. Da die vorhandene Anwendung nicht umfassend geändert werden soll, wird die bekannte Automatisierungspyramide um einen Seitenkanal erweitert, der ein horizontales Abgreifen der Prozessdaten auf allen Ebenen erlaubt: das sogenannte NOA-Konzept (Namur Open Architecture). An dieser Stelle kommt die symbolische Datendiode zum Einsatz, mit der Daten aus der Anlage ausgelesen werden können, ein Zugriff auf die Applikation jedoch verhindert wird.
Die Daten können anschließend auf Servern oder in einer Cloud gesammelt werden, sodass sie den für die Auswertung zuständigen Stellen zur Verfügung stehen. Hierbei kann es sich um interne Spezialisten oder um externe Dienstleister handeln, die jetzt einfach über eine Cloud auf die Daten zugreifen. Mit der Summe der Messpunkte einer Anlage steigen die Möglichkeiten, die Applikation im Rahmen von Untersuchungen weiter zu optimieren oder Fehler zu detektieren. Probleme können sich beispielsweise durch Schwankungen bei der Versorgung ergeben, die von einer Nachbaranlage verursacht werden. Dieser Grund bleibt in der Regel unbeachtet, wenn nur ein Anlagenteil betrachtet wird. Die Analyse sämtlicher historischer Daten, die rund um den Anlagenstillstand aufgezeichnet wurden, unterstützt bei der Vermeidung derartiger Störungen, bevor größere Probleme auftreten.
Vorbeugende Wartung
Als weiteres Schlagwort sei Predictive Maintenance genannt, also die vorbeugende Wartung. Ein Motorlager wird beispielsweise lediglich dann ausgewechselt, wenn es tatsächlich verschlissen ist, und nicht turnusgemäß. Daraus resultiert eine deutliche Reduzierung des zeitlichen und finanziellen Aufwands. Ein Schwingungssensor, der am Motor angebracht wird, liefert die notwendigen Daten. Hier kommt ein anderer Aspekt des NOA-Konzepts zum Tragen: Der Schwingungssensor muss nicht mit dem Leitsystem verbunden sein; er meldet seine Ergebnisse über den Seitenkanal zum Beispiel an die in der Wartungsabteilung genutzte Visualisierung. Das eigentliche Leitsystem bleibt folglich unangetastet. Weil die aufgezeichneten Anlagendaten auf einem separaten Server oder in einer Cloud gespeichert werden, lassen sie sich einfacher von Dienstleistern auswerten, da sie besser zugänglich sind. Der bisherige Weg der Datenerfassung für solche Zwecke, etwa durch lokal angeschlossene Datenlogger oder einen Eingriff in das Leitsystem, erweist sich als wesentlich aufwendiger. Diese Form der Datenhaltung ermöglicht auch Analysen aus überlagerten Bereichen: Ein Konzern kann den Energieverbrauch, die Leistung oder die Qualität mehrerer Standorte nun direkt vergleichen und erhält somit eine breitere Grundlage für Verbesserungen.
Entkopplung der Systeme
Die Bereitstellung der Prozessdaten auf einem Server oder in einer Cloud wirft als Erstes die Frage der Sicherheit auf. IT-Security sowie die Umsetzung der Datendiode in reale Hardware gehören zu den Kernthemen der Arbeitskreise, die die Namur in Kooperation mit dem ZVEI gegründet hat. Weitere Sicherheitsbetrachtungen müssen im Bereich der Verbindung des NOA-Seitenkanals mit Servern und Clouds erfolgen. Hier werden Security Router zum Einsatz kommen, die gesicherte Tunnel zwischen den Systemen aufbauen.
Alternativ können die Systeme vollständig entkoppelt werden. Um zusätzliche Daten aufzunehmen, lässt sich eine separate Kleinsteuerung mit beispielsweise analogen Eingängen im Feld installieren, die für die temporäre Verwendung nicht als schwerer Feldtransmitter ausgelegt sein muss. Der Controller, der in keiner Weise an das vorhandene System angeschlossen ist, sendet die Messdaten dann über einen Mobilfunkrouter an eine Cloud. Dass Systeme wie Kleinsteuerungen so leistungsfähig geworden sind, dass ein OPC-UA-Server auf ihnen betrieben werden kann, ist ein Schritt in die richtige Richtung.
Die PLCnext Technology von Phoenix Contact, die die aufgeführten Funktionen bereits beinhaltet, wird in Kürze mit einem weiteren Feature ausgestattet: Applikationsprogramme, die der Anwender in der Vergangenheit gemäß IEC 61131 programmieren musste, kann er nun auf der Online-Plattform PLCnext Store auswählen und auf seine PLCnext Control übertragen. Die restliche Konfiguration erfolgt über eine Weboberfläche der Steuerung.
Über die App in die Cloud
Beim Cloudwriter handelt es sich um eine einfache App, die sich optimal in das NOA-Konzept einfügt und zudem für sämtliche Anwendungen anbietet, in denen Daten aufgezeichnet werden müssen. Installiert der Anwender den Cloudwriter auf seiner PLCnext Control, erhält er ein Applikationsprogramm, das die Messdaten der vier analogen Eingänge in die Proficloud von Phoenix Contact sendet. Auf die Daten lässt sich über ein Webportal zugreifen, wobei die Darstellung beliebig konfigurierbar ist und die Werte auch als csv-File abgespeichert werden können. Die Installation des Applikationsprogramms orientiert sich dabei am Vorbild des Smartphones: Der Anwender verbindet die PLCnext Control mit dem Internet, gibt zur Identifikation ihren aufgedruckten ID-Code im PLCnext Store ein und kann anschließend unter den angebotenen Apps wählen, welche er auf der Steuerung einrichten möchte. Der Download und die Installation der App erfolgen automatisch. Danach werden beispielsweise die Eingänge über das Webinterface des Controllers konfiguriert. Ist die App installiert, kann die PLCnext Control wieder vom PLCnext Store getrennt werden.
Mit der Proficloud stellt Phoenix Contact eine eigene Cloudumgebung zur Verfügung. Falls sich der Anwender schon für eine andere Cloud entschieden hat, gibt es dafür ebenfalls eine Lösung: Mit der MQTT-App kann der Anwender die Verbindung der PLCnext Control in eine beliebige Cloud konfigurieren. Im Gegensatz zur Cloudwriter-App ist die MQTT-App keine Komplettlösung. Sie koppelt das vom Anwender erstellte IEC61131-Programm nur an eine weitere Cloud an. In diesem Kontext wird in Zukunft eine zusätzliche App erhältlich sein, welche die Anbindung an die Azure-Cloud von Microsoft erlaubt.
Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Halle 9, Stand 310
Autor: Thilo Glas
Senior Specialist Engineering im Industry Management Process,
Phoenix Contact Electronics
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