Use Case Programmierungsfreie Datenanbindung ermöglicht kostengünstige digitale Transformation

Autor / Redakteur: Daniel Sun* / Sebastian Human

Die digitale Transformation ist mehr als nur ein Schlagwort. Sie ist ein Prozess, den Unternehmen in Angriff nehmen müssen, wenn sie ihr Geschäft durch neue Technologien wie digitaler Zwilling, Big-Data-Analytik und maschinelles Lernen aufwerten wollen.

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Je geringer der Aufwand für die Datenanbindung ist, desto kosteneffizienter gelingt die digitale Transformation eines Unternehmens.
Je geringer der Aufwand für die Datenanbindung ist, desto kosteneffizienter gelingt die digitale Transformation eines Unternehmens.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Unternehmen, die in den Bereichen Fertigung, Gebäudemanagement und Energieverteilung tätig sind, können enorme Vorteile aus den sich bietenden Möglichkeiten ziehen. Digitale Tools und künstliche Intelligenz (KI) helfen, die Betriebskosten zu senken, die Sicherheit zu erhöhen und die Effizienz durch eine höhere Betriebszeit und Maschinenauslastung zu steigern. Datengesteuerte Erkenntnisse sorgen zudem für kontinuierliche Verbesserungen und helfen bei der Entwicklung neuer Produkte.

Hürden bei der digitalen Transformation

Eine grundlegende Voraussetzung für jedes Digitalisierungsprojekt ist das Erfassen und Vereinheitlichen der erforderlichen Daten. Die Kommunikation zwischen der IT-Ebene und den Betriebsmitteln/ Maschinen (OT-Ebene) in einer Fabrikhalle, einem Gebäude oder an abgelegenen Standorten herzustellen, stellt eine Reihe technischer Herausforderungen dar, deren Bewältigung zeitaufwändig und arbeitsintensiv sein kann. Ein Großteil der Einrichtungen verfügt nur über eingeschränkte Kommunikationsfähigkeiten und verwendet oft proprietäre Protokolle und Datendarstellungen. In einigen Fällen sind sie auch gar nicht für den Remote-Datenaustausch konzipiert. Eine schnelle und effiziente Lösung für diese Herausforderungen ist gefragt, damit die Projektressourcen auf der Anwendungsebene konzentriert werden können, auf der der Wert geschaffen wird.

Die bisher angebotenen Lösungen waren nicht ideal, da benutzerdefinierte Treiber für die Schnittstelle zu älteren, proprietären Geräten erforderlich waren. Dies setzt Software-Kenntnisse voraus, die Unternehmen möglicherweise nicht betriebsintern besitzen und deren Auslagerung teuer ist. Hinzu kommt, dass bei einer umfassenden Implementierung eine Verbindung zu vielen verschiedenen Geräten hergestellt werden muss, was verschiedene Treiber erfordert.

Selbst wenn die erforderlichen Treiber zusammengestellt wurden, ist die Datenerfassung noch nicht abgeschlossen. Die gesammelten Daten müssen in ein einheitliches, IT-freundliches Format überführt werden. Auch die Übertragung der gewonnen Daten in einer modernen IT-Umgebung ist zu berücksichtigen, insbesondere wenn es sich um ein Wide-Area-Network (WAN) handelt. Geräteauthentifizierung, Nachrichtensicherheit, Datenlatenz, Übertragungskosten und mögliche Fehlerbedingungen sind zu berücksichtigen. Auf einer grundlegenderen Ebene muss auch festgelegt werden, welche Daten zur Speicherung und Analyse weitergeleitet werden sollen und wann dies geschehen soll. Diese Anforderungen haben zum Konzept des Edge-Gateways geführt, das eine kritische Schnittstelle zwischen der IT- und der OT-Umgebung darstellt.

Schwachstellen beseitigen

Aus dem oben genannten wird ersichtlich, dass viel Zeit und Geld erforderlich war, um die für ein Projekt erforderlichen Daten zu sammeln, bevor ein echter Wert aus den gesammelten Informationen abgeleitet werden konnte. Eine schnellere, risikoärmere und kostengünstigere Lösung für diese Schwachstellen ist unerlässlich, wenn mehr Unternehmen die digitale Transformation nutzen möchten, um ihr Geschäft zu modernisieren und zu verbessern. Dies gilt insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen, die nicht über ein großes IT-Team für die Softwareentwicklung oder das Budget für die Beauftragung von Spezialisten verfügen. Die neueste Middleware bietet Anwendern in verschiedenen Branchen genau diese Funktion.

Abb. 01: So gelingt die Datenerfassung von älteren Geräten mit Aggregation, Datenwandlung und Cloud-Übertragung.
Abb. 01: So gelingt die Datenerfassung von älteren Geräten mit Aggregation, Datenwandlung und Cloud-Übertragung.
(Bild: Advantech)

So wollte beispielsweise ein Hersteller von zentralen Klimaanlagen für Bürogebäude die Energieeffizienz, Leistungsanalyse und vorausschauende Wartung verbessern, indem er umfassende Daten von verteilten Subsystemen sammelte, die in den Räumlichkeiten des Kunden installiert waren (Bild 1).

Die Datenerfassung erfordert die Zustandsüberwachung von bis zu 256 Klima-Subsystemen, die im Gebäude installiert sind. Die Middleware wird auf einem Edge-Rechner ausgeführt und sammelt die Daten all dieser Subsysteme mithilfe einer Kombination aus Standard- und proprietären SPS-Protokollen, spezifischen Protokollen für Gebäudeautomatisierung wie BACnet sowie Sensordaten, die mit Remote-I/O-Modulen der Serie ADAM-4000 erfasst werden. Dabei wird auch die Datenumwandlung des Kommunikationsprotokolls sowie die Datenvorverarbeitung durchgeführt. Die konvertierten Daten werden mithilfe von Standard-IoT-Protokollen von Anwendungen genutzt, die auf privaten Cloud-Plattformen wie Microsoft® Azure und AWS laufen, um die spezifischen Datenverarbeitungs- und Steuerungsanforderungen des Herstellers zu erfüllen. Die bidirektionale Datenübertragung ermöglicht das Senden von Steuersignalen an die Klimaanlage, um die Leistung, Temperatur und Lüfterdrehzahl zu regeln.

Im Versorgungsbereich musste ein Stromerzeuger die Geräte in einer Reihe dezentraler Niederspannungs-Stromverteilerschränke verwalten, die in seiner gesamten Stromübertragungs- und Verteilerinfrastruktur installiert sind (Bild 2).

Abb. 02: Eine intelligente Stromverteilung erfolgt durch 2-Wege-Kommunikation mit dezentralen Verteilerschränken.
Abb. 02: Eine intelligente Stromverteilung erfolgt durch 2-Wege-Kommunikation mit dezentralen Verteilerschränken.
(Bild: Advantech)

Durch die Fernkommunikation mit den Geräten in diesen Schränken konnte das Versorgungsunternehmen die Sicherheit kritischer Anlagen verbessern, den Gerätestatus und die Nutzung kontinuierlich überwachen und den Lebenszyklus der Geräte effizienter verwalten.

Hier kam es auf die Unterstützung gängiger Kommunikationsprotokolle in der Energiewirtschaft an, unter anderem IEC 60870 und DL_645. Durch die Middleware, die auf einer für industrielle Kommunikationsanwendungen optimierten Gateway-Hardware läuft, können Daten von allen Geräten in den Schaltschränken mit Cloud-Diensten ausgetauscht werden, die Remote-Management-Anwendungen bereitstellen. Die Service-Mitarbeiter des Versorgers arbeiten von einem Desktop oder Mobilgerät aus mit der Cloud-Plattform, um den Systemstatus zu bewerten und Zustandswarnungen zu erhalten.

Programmierungsfreie Lösung

In beiden Anwendungen ist die Middleware entscheidend für die erfolgreiche Umsetzung des Projekts. Zusammen mit Edge-Rechnern steht damit ein leistungsstarkes und vielseitiges Edge-Processing-System bereit, das Datenkommunikation, Sicherheit und Embedded-Echtzeitsteuerung kombiniert. Mit mehr als 200 SPS-, RTU-, Mess- und anderen Gerätemodellen und Treibern erübrigt sich eine komplizierte und zeitaufwändige Treiberentwicklung. Stattdessen werden Protokollumwandlung, Datenanreicherung und Ereignisfilterung zu einem Konfigurationsprozess innerhalb einer einfachen Point-&-Click-Benutzerumgebung. Dies befreit den Systemintegrator von dieser Last und erlaubt ihm, sich auf den tatsächlichen Nutzwert zu konzentrieren.

Zusammenfassung der IT/OT-Integration

Das Erfassen von Daten von älteren OT-Geräten kann eine ressourcenintensive Herausforderung sein, die Projektmittel und Entwicklungszeit von den eigentlichen Wertaspekten der digitalen Transformation abzieht. Die Vielzahl der in der gesamten OT-Domäne verwendeten älteren SPS-Treiber und Kommunikationsprotokolle ist ein besonderes Problem, das sich jetzt über eine codefreie Plattform beheben lässt. Dies erfordert nur minimales Fachwissen und befreit die Anwender von der mühsamen Softwareentwicklung. Damit verringern sich die Projektkosten, der Zeitaufwand und die Risiken.

Datenaustausch und Anwendungsverarbeitung auf Edge- und Cloud-Plattformen

Die anfängliche Datenerfassung, -anreicherung und Ereigniserkennung ist nur ein Teil des Prozesses, wenn es darum geht, eine vollständige Lösung zu implementieren, die Elemente vor Ort und in der Cloud integriert. Neben der neuesten Middleware bieten die führenden Anbieter des Sektors auch abgestimmte Lösungen für den Datenaustausch und die Anwendungsverarbeitung auf Edge-Plattformen sowie in der privaten oder öffentlichen Cloud.

Dazu gehören intelligente Lösungen für Machine-to-Intelligence-Anbindung, die den Remote-Betrieb und die Wartung vernetzter Einrichtungen ermöglicht. Zu den Funktionen zählen Geräteüberwachung und Störungsalarme sowie Tools zur Handhabung von Wartungserinnerungen, zum Erstellen von Arbeitsaufträgen, zum Verwalten von Aufzeichnungen und zum Erstellen von Berichten mithilfe verschiedener Vorlagen, die sich für verschiedene Anwendungen auswählen und konfigurieren lassen.

In Situationen, in denen Anwender nicht in der Lage oder nicht gewillt sind, öffentliche Cloud-Dienste bekannter Anbieter zu nutzen, sind integrierte, skalierbare und private Hybrid-Cloud-Architekturen ebenfalls verfügbar. Große als auch kleinere Unternehmen haben damit die Möglichkeit, eine Lösung kostengünstig zu konfigurieren, die ihren Anforderungen entspricht. Zusammen mit den zugehörigen Plattformen für IoT-Anbindung, Asset-Performance-Management und KI-Framework-Services ermöglichen diese Architekturen damit Lösungen mit geringem Code-Umfang von der Datenvisualisierung bis zur KI-Inferenz. Sie bieten auch ein containerisiertes, servicebasiertes Design, das Portabilität zu privaten oder öffentlichen Cloud-Diensten ermöglicht.

Darüber hinaus vereinfacht die gerade erfolgte Einführung der neuen Edge-Intelligence-Plattformen die Bereitstellung hochwertiger Cloud-Intelligence- und Analyseanwendungen auf Edge-Einrichtungen. In diese Einrichtungen ist die neueste Middleware integriert , was die Datenerfassung vor Ort vereinfacht. Kunden können mithilfe von AWS-Lambda-Funktionen dann Anwendungen wie Stream-Analyse, maschinelles Lernen und Bilderkennung auf Edge-Einrichtungen bereitstellen.

* Daniel Sun arbeitet als Product Sales Manager bei Advantech.

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