Industrial Internet of Things IIoT praxisgerecht und ganzheitlich umsetzen

Die Corona-Pandemie zeigte in den vergangenen Monaten deutlich, wie fragil so manche Produktionsumgebung ist und befeuerte vor diesem Hintergrund die Digitalisierungsvorhaben vieler Unternehmen. Das Industrial Internet of Things kann beispielsweise Resilienz und Flexibilität fördern.

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Das Industrial Internet of Things ist Realität und nicht erst seit Beginn der Corona-Pandemie steht das übergeordnete Thema Digitalisierung auch in der Industrie ganz oben auf der Agenda. Die Vorzüge, beispielsweise von Remote Management, vorausschauender Wartung, detaillierter Zustandsüberwachung oder IT-unterstütztem Modellieren von Automatisierungsanwendungen mittels Digital Twins, sind hinlänglich bekannt.

Mit der umfassenden, durchgängigen Vernetzung aller mechatronischen Komponenten einer Anlage lassen sich nicht nur Einsparpotenziale hinsichtlich Material- und Ressourcenverbrauch nutzen, sondern auch die Produktivität sowie die Flexibilität eines Betriebs stärken. Ebenso ist die zukunftsweisende Einbindung und Etablierung neuer IT-basierter Geschäftsmodelle möglich.

Eine ganzheitliche Perspektive

Doch wie lässt sich das technisch umsetzen? Der nächste digitale Entwicklungsschritt in Richtung Industrie 4.0 verlangt nach ganzheitlichen, offenen und skalierbaren Lösungen, die sowohl Schritt für Schritt als auch in bestehende Anlagen integriert werden können. Schneider Electric als erfahrener Partner vieler Industrieunternehmen, insbesondere aus dem CPG Segment, stellt deshalb mit EcoStruxure Machine eine IIoT-fähige Lösungsarchitektur zur Verfügung, mit der die Anlagenvernetzung aus einer grundlegend ganzheitlichen Perspektive angegangen werden kann. Reinholt Schlechter, OEM Segment Manager bei Schneider Electric, erklärt: „Insbesondere geht es dabei um die Schaffung einer maximalen und möglichst detaillierten Echtzeit-Datentransparenz. Nur auf Basis dieser Datentransparenz können wirksame Entscheidungen zur Optimierung von Verbrauch, Produktivität, Hygiene, Wartung, und so weiter gewinnbringend und überprüfbar getroffen werden.“

Ganzheitliche Vernetzung hört aber nicht bei der engmaschigen Datensammlung auf. Schließlich gilt es, aus den erhaltenen Informationen auch einen Mehrwert für den Betrieb zu generieren. Dazu werden die von den vernetzten Geräten gesammelten Daten durchgängig und transparent an Steuerungs- und Softwareebene kommuniziert und stehen dort in aufbereiteter Form für Überwachung, Analyse und Planung zur Verfügung. Eine direkte Anbindung an die Cloud gestattet über den Maschinenpark hinaus dann noch Fernzugriff auf alle Daten und Prozesse und ermöglicht die Nutzung von zusätzlichen Serviceangeboten.

Industrial Internet of Things

Werkzeugmaschinen werden fit für IIoT-Anwendungen

Detailliertes Datensammeln

Auf der Geräteebene geht es darum, möglichst viele Daten zu sammeln. Das schließt sowohl das engmaschige Verbauen smarter Messgeräte als auch die Erfassung bisher ungenutzter Maschinendaten mit ein. „Als Teil von EcoStruxure Machine, ist zum Beispiel unser digitales und objektorientiertes Lastmanagementsystem TeSys island ein probates Werkzeug für die noch detailliertere Erfassung von Maschinendaten,“ so Automatisierungsspezialist Schlechter. Er weiß, worauf es bei der praktischen Umsetzung von Industrie 4.0 ankommt: „Mithilfe von vorkonfigurierten Funktionen, sogenannten Avataren, schaltet, schützt und verwaltet TeSys island Motoren und andere Lasten bis zu 80A. Der besondere Clou: Mit einem solchen Lastmanagementsystem lassen sich nun auch einfache und zuvor oft unberücksichtigte Lasten mühelos in eine IIoT-Architektur und damit in Energiemanagement und Anlagenüberwachung integrieren.“ Die äußerst granulare Verfügbarkeit der Daten gestattet dann einen detaillierten Einblick in den laufenden Betrieb von Maschinen und erleichtert präzisere und wirksamere Analyse und Wartung. Insbesondere im Fall von anormalen Gerätezuständen sendet das System frühzeitig Warnungen und ermöglicht damit ein rechtzeitiges Eingreifen. So lassen sich kostspielige Ausfallzeiten wirksam minimieren und Materiallebenszyklen verlängern.

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Schnelle Steuerung für die IIoT-Vernetzung: Modicon M262

Will man eine Industrieanlage ganzheitlich vernetzen, muss man aber auch über die Geräteebene hinaus denken. Auch auf der Steuerungsebene oder, im Sprachgebrauch von Schneider Electric, „Edge-Control-Ebene“ sind IIoT-fähige Lösungen gefragt. Die Speicherprogrammierbare Steuerung Modicon M262 wurde mit ihrer Cloud-Anbindung und besonderen Cybersicherheit speziell für diese Anforderungen entwickelt. Als leistungsfähiger Edge Controller will sie aufgrund der Verwendung separater Kerne für Anwendung und Kommunikation eine der schnellsten intelligenten Steuerungen auf dem Markt sein. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten liegen zwischen drei und fünf Nanosekunden pro Anweisung und adressieren parallel sowohl Kommunikation als auch Verschlüsselung. Beim Verbindungsaufbau zur Cloud, SCADA oder zusätzlichen SPS bleibt die Maschinenleistung konstant.

Neben der SPS ermöglicht Modicon M262 auch Motion-Anwendungen. Hierfür sind mit SERCOS III, Encoder-Eingang und schnellen Zählereingängen die notwendigen Funktionen integriert. Damit ist M262 insbesondere für die Segmente Material Handling, Hebezeug, Textil, Verpackung, Nahrungsmittel und Elektronik geeignet. Mit bis zu 16 synchronisierten Achsen und einer skalierbaren Antriebs-Zykluszeit von 1 ms (unabhängig von der Kommunikation), reagiert die IIoT-Steuerung mit hoher Leistung und erfüllt die Anforderungen synchronisierter Motion-Anwendungen.

Hinzu kommt, dass sich Modicon M262 dank integrierter Industrie-4.0-Protokolle (MQTTs, JSON, OPC UA) ohne weitere Gateways in eine Cloud einbinden lässt und so die Datensammlung ermöglicht. Damit werden nicht nur neue Geschäftsmodelle hinsichtlich Überwachung, Wartung und Diagnose von Maschinen denkbar, die das klassische „Deliver-and-Forget“-Modell ablösen, sondern auch die Funktionalität verschiedener Anwendungen kann schier unbegrenzt erweitert werden. So ist es mit der Modicon M262 zum Beispiel möglich, dank einer integrierten Programmierschnittstelle (API), Funktionen und Programme in der Cloud direkt auszuführen. Die dadurch entstehenden Möglichkeiten hinsichtlich Funktionalität und Kosteneinsparung haben das Potenzial, den Industriesektor zu revolutionieren.

Technologieplattform

Offene Automatisierung: Die Zeit ist reif für eine neue Ära

Nachrüsten und Integrieren

In vielen bestehenden Industrieanlagen wird eine ganzheitliche IIoT-Vernetzung durch heterogene Maschinenlandschaften erschwert. Schneider Electric hat mit der Green Box deshalb einen IPC entwickelt, der als industrieller Alleskönner sowohl die standortübergreifende Anbindung unterschiedlichster Maschinen als auch Datenaufbereitung sowie Steuerung und Überwachung von Automatisierungsprozessen ermöglichen soll. Der lüfterlose Industrie-PC ist mit einem Intel Dual Core Prozessor, einer SSD Festplatte sowie vorinstallierten umfangreichen Softwareprogrammen ausgestattet. Reinholt Schlechter betont die Rolle der Green Box innerhalb von EcoStruxure Machine als zentrales Tool für die IIoT-Integration: „Dank der intelligenten Software bietet unser IPC enorme Konnektivitätsmöglichkeiten. Die mehr als 240 installierten Treiber für verschiedene Kommunikationsprotokolle gestatten die Integration von ganz heterogenen Maschinen. Herstellerübergreifend und ohne großen Zusatzaufwand lassen sich neue oder bestehende mechatronische Komponenten damit vernetzen und zu transparenter Kommunikation miteinander befähigen.“

Für wartungs- und reparaturkostenschonende Maßnahmen wie Predictive Maintenance oder Teleservice lassen sich auf der Green Box zusätzlich innovative Softwarepakete, wie beispielsweise der Augmented Operator Advisor oder der Machine Advisor installieren. Hinzu kommen vorbereitete Bibliotheken mit Bausteinen und Anzeigeelementen sowie erklärende Videos mit hinterlegten Dokumentationen und Animationen. Auch eine Einbindung in die Cloud ist ebenso möglich, wie die Nutzung von AR-Applikationen zur Optimierung von Einrichtungs-, Bedienungs- und Wartungsvorgängen von Maschinen.

Fazit

Das Konzept von Industrie 4.0 ist gekommen um zu bleiben. Mehr Flexibilität und Resilienz, höhere Produktivität und weniger Ressourcenverbrauch sind Mehrwerte, ohne deren Nutzung viele Industriebetriebe langfristig nicht mehr wettbewerbsfähig bleiben können. Zur praxisgerechten Freisetzung dieser Potenziale hat Schneider Electric als Komplettanbieter für industrielle Automatisierung ein Lösungsportfolio geschaffen, das den Weg in das IIoT-Zeitalter ebnen will. Mit EcoStruxure Machine liegt dem gesamten Angebot ein ganzheitlicher Ansatz als Basis zugrunde, der die durchgängige und transparente Kommunikation von Daten über Geräte-, Steuerungs- und Softwareebene hinweg ermöglichen kann. Individuelle Modernisierungen, Nachrüstungen und Lösungen, wie zum Beispiel TeSys island, M262 oder eine Green Box, können dann Schritt für Schritt in den Betrieb integriert werden.

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