Cloudbasierte Automatisierung ermöglicht Wasser 4.0. Prozessdaten sicher austauschen - prozesstechnik online

Prozessdaten sicher austauschen

Cloudbasierte Automatisierung ermöglicht Wasser 4.0

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Mit der Proficloud bietet Phoenix Contact eine cloudbasierte Automatisierungslösung, über die verschiedene Teilnehmer Prozessdaten sicher untereinander austauschen können. Auf Basis eines Software Development Kits (SDK) lassen sich ausgewählte Dienste einfach in die Systemwelt der Proficloud integrieren. Auf diese Weise kann der Betreiber zum Beispiel Wetterdaten in seine Anwendung einbinden oder über eine Anomalieerkennung eine zustandsbasierte Instandhaltung umsetzen.

Damit die dezentral in der Applikation installierten Steuerungen von Phoenix Contact mit der Proficloud Daten kommunizieren und so ein Teil der cloudbasierten Automatisierungslösung werden können, muss eine Verknüpfung mit dem Internet hergestellt werden. Wird die notwendige Schnittstelle innerhalb der Steuerung freigegeben, kann die SPS eine automatisch gesicherte und verschlüsselte Verbindung zur Proficloud aufbauen. Anschließend bestimmt der Anwender über eine Parametrierung, welche Informationen die Steuerung dem Gesamtsystem über die Schnittstelle zur Verfügung stellt. Es werden dann nur diese Daten an die Cloudlösung weitergeleitet und können dort von einem definierten Anwenderkreis eingesehen und verarbeitet werden. Dabei sorgt die Verschlüsselung für ein hohes Maß an Zugriffssicherheit während der Übertragung. Die Anbindung anderer Steuerungssysteme ist über einen Koppler möglich.

Kommunikationsstruktur errichten

Eine beispielhafte Applikation aus der Wasserversorgung in der chemischen Industrie verdeutlicht die vielen Möglichkeiten und Vorteile, die sich aus der Digitalisierung und Nutzung einer cloudbasierten Technologie im Bereich der Vernetzung und bedarfsgerechten Anlagensteuerung ergeben. Seien es Basischemikalien, Pestizide, agrochemische Produkte, Farben, Lacke oder pharmazeutische Rohstoffe: In fast allen Bereichen der chemischen Industrie wird Wasser im Produkt selbst oder während seines Fertigungsprozesses verwendet. Das Rohwasser, das später applikationsgerecht aufbereitet werden muss, beziehen die Anwender oftmals von der Stadt, fördern es zum Teil aber auch aus eigenen, meist dezentral verteilten Brunnen. Aus der Tiefe wird es dann häufig in einen Hochbehälter eingeleitet, dort zwischengespeichert, danach entsprechend aufbereitet und anschließend in das Versorgungsnetz abgegeben. Fordert der Hochbehälter neues Wasser aus dem Brunnen an, erfolgt die Kommunikation zwischen beiden Teilnehmern in der Regel über ein klassisches Fernwirkprotokoll wie die IEC 60870-5-104.

Durch die Nutzung einer cloudbasierten Übertragungstechnologie lassen sich die Funktionen der bekannten Fernwirkprotokolle nun ergänzen, was aufgrund der einfacheren Vernetzung einen erheblichen Mehrwert schafft. Ein Vergleich zwischen IEC 60870-5-104 und Proficloud zeigt, dass sich der Inbetriebnahmeaufwand bei der Errichtung einer Kommunikationsstruktur deutlich reduziert. Das resultiert zum Beispiel daraus, weil durch den Einsatz einer cloudbasierten Lösung keine feste Adressierung erforderlich ist. Außerdem entfällt die Einhaltung typischer Übertragungswege wie der Datenaustausch zwischen Master und Client.

Auf Rahmenbedingungen reagieren

Die vom Anwender ausgewählten Daten, Messwerte oder Informationen werden verschlüsselt und auf einem sicheren Weg weitergeleitet. Danach stehen sie in der Cloud entweder für alle oder lediglich für einzelne freigegebene Anwendungen zur Verfügung. Wird die Anforderung des Hochbehälters nach neuem Rohwasser jetzt über die Proficloud übertragen, liegt sie sämtlichen im Versorgungsnetz installierten Steuerungen innerhalb kürzester Zeit vor und lässt sich mit geringem Aufwand verknüpfen. Durch eine solche Vernetzung kann die Anlage flexibel und schnell auf veränderte Rahmenbedingungen reagieren, wie sie heute immer öfter vorkommen.

Ein weiterer Nutzen, den die cloudbasierte Automatisierungslösung im Hinblick auf die Digitalisierung in der Wasserversorgung eröffnet, ergibt sich aus der Kombination von externen Daten mit den aktuellen Betriebsdaten der Anlage. Beispielsweise können ortsunabhängige Wetterinformationen aus dem Internet oder Daten aus Energieportalen mit dem Prozess gekoppelt werden. Relevante Informationen der externen Datenquellen lassen sich über eine gesicherte Schnittstelle aus der Proficloud anfragen und dem Gesamtsystem zugänglich machen. In Abhängigkeit von den momentanen Energiepreisen kann so zum Beispiel die Anforderung der Hochbehälter zur Anlieferung neuen Rohwassers beeinflusst werden. Wird ein günstiger Energiepreis festgestellt, fordert der Hochbehälter eine Befüllung durch die Brunnen an, obwohl er noch nicht komplett geleert ist. Die bedarfsgerechte und optimierte Vorgehensweise wirkt sich somit positiv auf die Energiekosten aus, denn die Pumpen werden mit kostengünstiger Energie betrieben.

Überblick über den Prozess

Aufgrund der Vernetzung der dezentralen Außenbauwerke zu einer geschlossenen cloudbasierten Automatisierungslösung lassen sich alle Prozesse und Anlagenteile nun ganzheitlich betrachten. Die anfallenden Daten können über die in die Proficloud integrierten Visualisierungsmöglichkeiten auf Basis von Dashboards webbasiert dargestellt und im Zusammenhang bewertet werden, um bisher unbekannte Wechselwirkungen aufzuzeigen. Durch die grafische Aufbereitung der Motorströme im Zusammenhang mit den Fördermengen ist zum Beispiel ein Defekt der Förderpumpen durch Verschleiß frühzeitig sichtbar. Die Servicemitarbeiter können also sofort Maßnahmen ergreifen, damit es nicht zu einem Ausfall kommt. Die cloudbasierte Automatisierungslösung bietet sich folglich auch als Grundlage für eine zustandsbasierte Instandhaltung an.

Das Portal ist also in der Lage, durch die Verknüpfung der Datenanalyse mit der vernetzten Infrastruktur präventive Schritte einzuleiten, sodass Störungen und Anlagenausfälle vermieden werden und ein wirtschaftlicher Betrieb sichergestellt ist. Über das Internet erhält der Anwender jederzeit einen Zugang zu seiner grafischen Darstellung und somit einen Überblick über den Zustand des Prozesses. Er hat immer die Informationen im Blick, die für ihn von Interesse sind. Durch die vernetzte Infrastruktur ist ferner eine Kopplung der Daten über standardisierte Protokolle mit lokalen Visualisierungen, übergeordneten Leitsystemen oder Datenbankmanagement-Lösungen möglich.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0818phoenix


Autor: Joel Stratemann

Mitarbeiter Industry
Management Water,
Phoenix Contact Electronics


Autor: Christoph Westerwelle

Leiter des Industriemanagements Infrastruktur,
Phoenix Contact


Wissenswert:   Nutzung von Hart-Daten

Heutige intelligente Prozessfeldgeräte, die beispielsweise zur Füllstandüberwachung verwendet werden, verfügen über deutlich mehr Daten als lediglich einen Messwert: Daten über Korrosion, Dichte, Teilfüllung und Umgebungstemperatur sind zwar vorhanden, können aber nur mit großem Aufwand ausgelesen werden. Mit dem Hart-Gateway von Phoenix Contact lassen sich deshalb Hart-fähige Sensoren per Stichleitung anbinden, um so die Messdaten in Bestandsanlagen einfach abzufragen. In Kombination mit der Steuerung PLCnext Control werden die Messdaten dann zur weiteren Verarbeitung in eine Cloud übertragen oder anderen Systemen in einem OPC-UA-Server zur Verfügung gestellt.

Je nach Anwendung ist ein serieller RS-485- oder Ethernet-basierter Zugriff auf alle digitalen Daten von Hart-Geräten möglich. Das Ethernet-Hart-Gateway erlaubt den Zugriff via Profinet, Modbus TCP/IP und Hart-IP auf bis zu 40 Geräte. Jeder Geräteanschluss umfasst einen eigenen Hart-Master, damit die Hart-Daten schnellstmöglich über Ethernet weitergeleitet werden können. Bei Nutzung eines Modbus-TCP/IP-Netzwerks lassen sich außerdem vier digitale Eingänge sowie vier digitale Ausgänge bereitstellen.

Je nach Anwendung ist mit dem Ethernet-Hart-Gateway ein serieller RS-485- oder Ethernet-basierter Zugriff auf alle digitalen Daten der Hart-Geräte möglich
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