Sensorik im Zeitalter von Industrie 4.0

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Durchgängigkeit vom Sensor bis in die Datenplattform

Sensorik im Zeitalter von Industrie 4.0
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Sensorik4.0®
Archiv | 15.01.2019 | Sensoren liefern heute schon lange erheblich mehr als nur Messwerte. Mit geeigneten Schnittstellen und Protokollen können zusätzliche Daten in Plattformen übertragen werden. Durch Einsatz von geeigneten Schnittstellen, Kommunikationskomponenten und semantischen Vereinbarungen können sämtliche Sensordaten in Cloud-Systemen oder lokalen Datenplattformen so bereitgestellt werden, dass dort ohne Detailkenntnisse der Übertragungstechnologie mit den Daten gearbeitet werden kann.

Sensoren wandeln physikalische Effekte in elektrische Größen um und stellen diese zur Weiterverarbeitung bereit. Sie sind damit so etwas wie die Sinnesorgane von Maschinen und Anlagen und Schlüsselbausteine in Industrie 4.0 - Szenarien.

Neben den reinen Messwerten liefern moderne Sensoren eine ganze Reihe weiterer wertvoller Daten zum Beispiel über ihre Identität oder ihren Zustand. Darüber hinaus können die Sensoren mit Parameter-Sätzen an unterschiedliche Anwendungsfälle optimal angepasst werden.

Um solche Parameter zu den Sensoren zu übertragen und Messwerte sowie weitere Daten von dort zu empfangen, sind geeignete bidirektionale Schnittstellen und Protokolle nötig, die unbedingt verbindlichen Standards entsprechen müssen, um ein problemloses Zusammenspiel von Produkten verschiedener Hersteller zu ermöglichen.
Im Sensorikbereich hat sich als Schnittstelle für „die letzten Zentimeter“ IO-Link etabliert, bei komplexeren Einheiten auch Ethernet-basierte Technologien wie EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT und so weiter.

Pepperl+Fuchs fasst solchermaßen konzipierte und entsprechend ausgestattete Produkte unter dem geschützten Begriff Sensorik4.0® zusammen.

Bei der Auswertung von Sensordaten müssen Anwendungen zur Messwert-Verarbeitung in geschlossenen Regelkreisen gesondert betrachtet werden. Hier bestehen oft harte Echtzeit-Anforderungen, sodass dazu entsprechend geeignete Steuerungs-Hardware eingesetzt wird und auch die Kommunikationskanäle ausreichend leistungsfähig sein müssen.

Die Verarbeitung aller weiteren von Sensoren gelieferten Daten ist im Allgemeinen nicht zeitkritisch, sie müssen jedoch über längere Zeiträume hinweg aufgenommen, gespeichert und verarbeitet werden. Es werden daher parallel zur Signalübertragung zur Steuerung zusätzliche Datenwege zu Datenplattformen aufgebaut. Hierfür werden sogenannte Edge-Gateways eingesetzt, die auf der einen Seite über Anschalt-Baugruppen und Steuerungen mit den Sensoren und Aktoren kommunizieren und auf der anderen Seite Verbindungen zu Datenplattformen aufbauen. Dies geschieht mittels Protokollen, die Publish/Subscribe-Mechanismen unterstützen wie z.B. MQTT, AMQP oder auch OPC/UA mit Pub/Sub-Erweiterung.

Eine Datenplattform kann sowohl im lokalen Netzwerk eines Anlagenbetreibers betrieben werden als auch als Cloud-Lösung im Internet. Solche Plattformen stellen Datenbanken zur strukturierten Speicherung von Sensordaten bereit und bieten Schnittstellen, über die verschiedenste Anwendungen auf die Daten zugreifen können.

Zur Übertragung von Sensordaten werden die Plattformen über ein „Application Programmer Interface“ (API) angesprochen, welches bei jedem System spezifisch ausgeprägt ist. Bei der Anbindung eines Edge-Gateways muss die Software auf dem Gateway das API dieser Plattform ansprechen. Um den Kunden eine maximale Flexibilität bei der Auswahl einer Datenplattform zu bieten, hat Pepperl+Fuchs ein Spin-Off für solche Software-Dienstleistungen gegründet. Neoception bringt hierbei sensorische Expertise sowie IT-Know-how zusammen und bietet Anbindungen (sogenannte Konnektoren) an alle auf dem Markt verfügbaren Cloud-Systeme an.

Für die Kommunikation auf der Sensor-/Aktor-Ebene existieren eine ganze Reihe von unterschiedlichen Protokollen und auch keine einheitliche Semantik. Für jeden Feldgeräte-Typ müssen nach spezifischen Vorschriften geeignete Kommandos generiert und die Antworten darauf gemäß der Vorschrift interpretiert werden. Die spezifischen Eigenschaften der Feldgeräte sind in Beschreibungs-Dateien („Device Description“, DD) festgehalten, die von den Herstellern mit den Geräten mitgeliefert werden. Je nach Technologie werden hier die unterschiedlichsten Formate verwendet (EDDL, GSD, GSDML, IODD, …).

Die Herausforderung bei der Anbindung von Feldgeräten besteht darin, die Gerätebeschreibungen zu laden, zu interpretieren und die von den Feldgeräten gelieferten Daten mit einer einheitlichen Semantik in der Datenplattform bereit zu stellen. Idealerweise kann dann ohne Kenntnisse der benutzen Kommunikations-Technologie auf Feldgeräte-Daten zugegriffen werden.

Rubriken: Sensorik, Sensoren

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