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Datenkommunikation vom Sensor bis in die Cloud
 Durchgängige und transparente Kommunikation vom Sensor in die Cloud.
18.03.2020 | • IO-Link Master mit OPC UA-Schnittstelle • Durchgängige Kommunikation vom Sensor in die Cloud • Hybride Steuerungssysteme • Stand-alone Betrieb ohne SPS • Vollständig webbasiertes Konfigurationskonzept
IO-Link-Master mit OPC-UA-Schnittstelle
Um die Visionen rund um Industrie 4.0 realisieren zu können, müssen detaillierte Daten aus der untersten Sensor-/Aktorebene verfügbar gemacht werden. IO-Link als Sensorschnittstelle schafft hier den ersten Schritt und stellt zusätzlich zu Schaltsignalen auch Diagnose-, Informations- und Parameterdaten eines Sensors bereit. Durch die Kombination von IO-Link und OPC UA in einem Gerät geht Pepperl+Fuchs nun als erster Hersteller auch den zweiten Schritt und schafft die Möglichkeit diese Daten parallel zur Steuerungskommunikation über OPC UA ganz einfach auch an computer- und cloudbasierte Systeme zu übertragen, wodurch diese Entscheidungsträgern global zur Verfügung gestellt werden können.
Das Problem liegt im Datenzugriff
In Zeiten von Industrie 4.0 werden Unternehmen jeglicher Branchen zunehmend vor die Aufgabe gestellt ihre Anlagen digital zu vernetzen, um Daten selbst aus der untersten Feldebene den Entscheidungsträgern global verfügbar zu machen. Wo stehen Halbfabrikate zur Weiterverarbeitung bereit, welche Zeit wird noch zur Fertigstellung benötigt und wo drohen eventuelle Anlagenstillstände, welche die Einhaltung von Lieferterminen gefährden? Dies sind nur einige wenige Fragen, die durch die Vernetzung der Anlagen beantwortet werden sollen und durch deren Beantwortung die Produktivität gesteigert werden soll. Das Problem liegt hierbei zumeist nicht im prinzipiellen Vorhandensein der Daten, sondern viel mehr an der Schnittstelle, um diese Daten Verfügbar zu machen. Gerade Daten aus der untersten Sensor-/Aktorebene, die unerlässlich zur Beantwortung der Fragen rund um Industrie 4.0 sind, waren bisher nur in zentralen Steuerungssystemen verfügbar, auf die nur ein erschwerter, meist manueller, Zugriff durch entsprechende Steuerungsexperten möglich war.
Als erster Hersteller kann Pepperl+Fuchs dieses Problem durch die smarte Kombination von IO-Link Master und OPC UA in einem einzigen Gerät lösen, indem Daten parallel zur Steuerungskommunikation einfach auch an computer- oder cloudbasierte Systeme übertragen werden können.
IO-Link bringt Intelligenz in den Sensor
Wurden in der Vergangenheit nur simple Schaltsignale von Sensoren an übergeordnete Steuerungssysteme übertragen, ermöglicht IO-Link auch den Zugriff auf zusätzliche Daten zur Identifikation, Diagnose und Parametereinstellungen des entsprechenden Sensors. Durch die Standardisierung von IO-Link (IEC 61131-9) erhalten Kunden Sicherheit beim Anlagendesign, indem Sensoren verschiedener Hersteller mit IO-Link eine vordefinierte Schnittstelle zum Datenzugriff bereitstellen. Durch die Geräteinformationen die IO-Link dabei bereitstellen kann, eröffnen sich ganz neue Wege für smarte Applikationen. Ergibt sich in der Feldebene ein Problem, so ermöglichen die Diagnosedaten eine genaue Einschätzung der Schwere des Problems. Ist ein Austausch von Geräten notwendig, ist durch die Identifikationsdaten im Handumdrehen bekannt, welches Gerät, bei welchem Hersteller, zu beschaffen ist. Wird das Ersatzgerät dann eingebaut, so können alle bisherigen Parametrierungen automatisch in das Austauschgerät übertragen werden und die Anlage kann ohne manuellen Eingriff wieder in den Betrieb wechseln.
OPC UA ermöglicht die Kommunikation der IO-Link Daten bis in die Cloud
Durch die Integration von OPC UA in die IO-Link Master der ICE2- und ICE3-Serie, eröffnet Pepperl+Fuchs als erster Hersteller die Möglichkeit, die umfänglichen IO-Link Daten parallel und völlig unabhängig voneinander über ein deterministisches Feldbusprotokoll wie EtherNet/IP oder PROFINET und gleichzeitig über OPC UA an übergelagerte Systeme zu übertragen. Generell handelt es sich bei OPC UA um ein ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll, welches einen einfachen und flexiblen Weg für die Kommunikation von Maschine zu Maschine oder von der Maschine in die Cloud ermöglicht. Hierbei zeichnet sich OPC UA vor allem durch seine Unabhängigkeit aus, wodurch Kunden maximale Flexibilität bei der Gestaltung ihrer IoT-Systeme erhalten. Neben der Herstellerunabhängigkeit, umfasst diese auch eine Plattform- und Programmiersprachenunabhängigkeit. Kunden sind hier also völlig frei, ob sie ihre Systeme in Umgebungen wie beispielsweise C/C++ oder JAVA programmieren möchten, und ob diese auf Windows, Linux oder auch eigenen Betriebssystemen aufsetzen. Hierbei unterscheidet sich OPC UA massgeblich von den ethernet-basierten Feldbusschnittstellen wie PROFINET oder EtherNet/IP, die aus der Steuerungswelt bekannt sind. Ein weiterer Unterschied liegt allerdings auch in der Performanceausrichtung der Protokolle. Während die steuerungsbasierten Kommunikationsprotokolle vor allem auf real-time Applikationen mit Zykluszeiten im Millisekundenbereich ausgerichtet sind, dient OPC UA eher einem parallelen, nicht-zeitkritischen Informationsdatenkanal in die Cloud, welcher weniger harte Anforderungen an die Echtzeit stellt. Ein Nachteil ist das nicht, sondern eher eine smarte Ergänzung, da so verschiedene Einsatzszenarien von hybriden Systemen bis hin zu Applikationen ohne klassische Steuerung ermöglicht werden.
Aufgabenteilung zwischen SPS und Cloud
Durch die Kombination von deterministischem Feldbusprotokoll wie EtherNet/IP oder PROFINET und OPC UA in einem Gerät, können die neuen IO-Link Master parallel mit einer Steuerung und einem übergelagerten PC-basierten System oder einer Cloud kommunizieren. So sind hybride Systeme möglich in denen die SPS die Applikation über PROFINET oder EtherNet/IP in Echtzeit steuert und der IO-Link Master parallel Zustandsdaten über OPC UA in die Cloud überträgt, die für die Steuerung zwar ohne Belang sind, für eine andere Maschine oder ein zentrales Leitsystem aber wichtig sind. Dadurch wird eine erweiterte Diagnose einschliesslich der Vorausfallanzeige und dem Auslösen von präventiven Wartungsaktionen ermöglicht. Die Daten können dabei durch ausgelagerte Software in einem lokalen Auswertungstool verarbeitet werden oder ohne Interpretation in die Cloud übertragen werden. Ob die Cloud im Firmennetzwerk oder im Internet lokalisiert ist, unterliegt der Entscheidung des Anwenders, ebenso wie die Einstellung des Sicherheitsniveaus. Hierfür unterstützen die IO-Link Master sowohl Authentifizierungsmechanismen als auch ein Zertifikate-Management. Zusätzlich können Lese- und Schreibrechte für jeden der acht IO-Link Ports individuell vergeben werden.
Stand-alone Betrieb ohne übergeordnete Steuerung
Die Anschaffung echtzeitfähiger Steuerungen mit ihrer hohen Performance ist meist mit sehr hohen Hardware- und Softwarekosten verbunden. Zusätzlich ist das Know-how von Steuerungsexperten notwendig, die in den spezialisierten Entwicklungsumgebungen zurechtkommen. Für Applikationen, die keine Steuerung im niedrigen Millisekunden Takt benötigen, sind klassische Steuerungen meist überdimensioniert. Werden der OPC UA-Kommunikation Schreibrechte zugewiesen, können die einzelnen Aktionen dabei durch computer- oder cloud-basierte Systeme übernommen werden. Da diese Systeme immer performanter werden, können Steuerungsaufgaben so zu einem kleinen Preis realisiert werden.
Bereits heute in die Zukunft investieren
Mit den neuen IO-Link Mastern mit integrierter OPC UA-Schnittstelle können Kunden sich bereits heute auf die Digitalisierung ihrer Anlagen vorbereiten. Die OPC UA Funktionalität kann jederzeit völlig flexibel aktiviert und deaktiviert werden. So können Kunden bereits heute, ihre Anlagen entsprechend ausstatten und zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft das volle Potential der ICE2-/ICE3 IO-Link Master und der OPC UA-Kommunikation freischalten. So können Anwender sich bereits heute optimal auf die Digitalisierung in Zeiten von Industrie 4.0 vorbereiten.
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