26.03.2019

Cloudlösung für industrielle Anwendungen

So einfach geht IoT!

Industrielle IIoT- und Cloudanwendungen bieten viele Vorteile, für den Maschinenbauer genauso wie für den Anwender. Doch wie bringt man sensible Daten sicher in die Cloud? Welche Fehler gilt es zu vermeiden? Mit einer Out-of-the-box-Lösung kann der Anwender aufwendige Entwicklungsarbeit jenseits der eigenen Kernkompetenzen vermeiden.

Autor: Thilo Döring


Die Experten für industrielle Kommunikation

HMS Industrial Networks ist ein führender Anbieter von Lösungen für die industrielle Kommunikation, einschließlich industrieller Fernwartung. Die Produkte werden unter den Marken Anybus, Ixxat und Ewon vertrieben. Der Vertrieb und Support für Produkte im europäischen Raum befindet sich in Karlsruhe. Ziel des Unternehmens ist es, für den Anwender höchste Flexibilität bei der Anbindung von Geräten und Systemen an die vielen verschiedenen industriellen Netzwerke zu schaffen. Hier helfen die Experten für industrielle Kommunikation ihren Kunden, Entwicklungskosten zu sparen und gleichzeitig immer auf dem neuesten technischen Stand zu sein. HMS ist an der Nordischen Wertpapierbörse NASDAQ OMX in Stockholm gelistet. Hauptsitz des Unternehmens ist in Halmstad/Schweden.

Mittlerweile gibt es zahlreiche Cloudanbieter und häufig haben Anwender schon eine grundsätzliche Entscheidung getroffen, welchen Anbieter sie generell nutzen wollen. Diese Vorgabe gilt dann auch für die Fertigungsebene. Manche Unternehmen dagegen entscheiden sich bewusst, Daten nicht in einer externen Cloud abzulegen, sondern setzen auf eine lokalen On-Prem-Lösung, weil sie z.B. kritische Daten nicht in die Hände Dritter geben wollen. Egal wie die Lösung im jeweiligen Fall aussieht, Daten müssen von den Punkten, wo sie entstehen, gesammelt und sicher in die Cloud gebracht werden. Es wird ein Edge-Gateway benötigt, das die Brücke schlägt zwischen industriellem Netzwerk und der Cloud. Und dieses Gateway muss über jede Menge Intelligenz verfügen, um die sichere Datenübertragung zu gewährleisten. Das Unternehmen HMS hat für die verschiedenen Ansätze passende Lösungen, die sich mit geringem Aufwand an die individuellen Bedürfnisse anpassen und integrieren lassen - sei es im selbst entwickelten Gerät, in der ausgelieferten Maschine oder in einer Fertigungslinie.

Cloud im eigenen Haus

Wer neu in das Thema einsteigt, entscheidet sich oft für die Cloud im eigenen Haus, z.B. weil man sensible Daten nicht auf Servern Dritter ablegen möchte. Solche Konzepte lassen sich mit der Anybus-Edge-Lösung von HMS umsetzen. Sie besteht aus drei Komponenten: Dem Edge-Gateway, dem Edge-Broker und dem Edge-Portal. An dieser Dreiteilung wird der generelle Aufbau von Cloudlösungen verständlich: Das Gateway ist die vor Ort installierte Hardware, die auf Fabrikebene eine Verbindung zu den dort vorhandenen industriellen Netzen herstellt. Zudem werden hier aber auch Daten aus der Fabrik vorverarbeitet, analysiert, sinnvoll zusammengefasst und für eine intelligente und sichere Übermittlung an die Cloud vorbereitet. Um den Datenfluss so gering wie möglich zu halten, werden Daten ereignisgesteuert übertragen. Das Gateway kann zur Anpassung an Anwendungsanforderungen einfach parametriert werden und stellt selbständig eine sichere Verbindung zum Edge-Broker her, um die vorher definierten Daten zu übertragen. Anschluss an die Cloud kann sowohl über Ethernet, WLAN oder Mobilfunk realisiert werden. Das Gateway wird von HMS in einer Vielzahl verschiedener Varianten angeboten und bietet so für nahezu jeden Anwendungsfall die passende Lösung.

Herz des Systems

Das Herz des Systems ist der Edge-Broker, der zwischen Fabrik und Cloud die sichere Datenübermittlung herstellt. Dazu ist die Datenkommunikation komplett mit dem auch bei Banken üblicherweise benutzten Standard TLS 1.2 Ende-zu-Ende verschlüsselt. Somit sind Datenintegrität und Vertraulichkeit sichergestellt. Das eingesetzte und speziell auf die IIoT-Anforderungen entwickelte Protokoll arbeitet bidirektional und ereignisgesteuert. Es erreicht eine geringe Latenzzeit und ist auch bei einer großen Anzahl von verbundenen Geräten sehr performant. Wer nicht zu einer Out-of-the-box-Lösung greift, muss sich gerade im Bereich der sicheren Datenverbindung viel Wissen aneignen und dann stets auf dem neuesten Stand der Technik bleiben, um eine sichere Kommunikation realisieren zu können. Das Edge-Portal schließlich entspricht der Cloud. Hier werden alle Daten des Systems verwaltet und übersichtlich dargestellt. Dashboards geben einen Überblick über die Live-Prozessdaten einer Anlage oder Maschine. Trendgrafen zeigen kontinuierliche Änderungen in Anlagen- oder Maschinenteilen oder können Aufschluss über Verschleiß in einzelnen Komponenten geben. Auch Alarmmanagement per E-Mail oder SMS ist möglich. Selbst eigene Applikationen können erstellt werden. Der Anschluss an Third-Party-Clouds oder Datenbanken, z.B. für die Abrechnung, ist unkompliziert möglich. Will der Anwender aufgrund steigender Anforderungen später von der lokalen Cloud auf eine echte, externe Cloudlösung umsteigen, ist auch dies einfach möglich und die volle Skalierbarkeit gegeben.

Cloud-on-a-Chip

Viele Gerätehersteller müssen heute Cloud-Anbindung schon ins Gerät integrieren. Zu ihrer Kernkompetenz gehört aber die Geräteentwicklung und nicht die sichere Datenkommunikation zur Cloud. IPC@CHIP nimmt wesentliche Entwicklungsarbeit hierfür ab. Das Embedded System ist auch Kern des Anybus-Edge-Gateways und funktioniert daher prinzipiell wie bereits beschrieben. Der Gerätehersteller muss den kompakten Chip lediglich via Schnittstelle ins Hardwaredesign einplanen. Dann werden entsprechend der Anwendung die Verbindung zur Cloud und die zu übertragenden Daten konfiguriert. Anschließend übernimmt der Chip alle Aufgaben für den Verbindungsaufbau und die sichere Übertragung.

Anbindung an MindSphere

In vielen industriellen Anwendungen ist die Siemens-Cloudlösung MindSphere im Einsatz. Zahlreiche Apps stehen Anwendern zur Nutzung zur Verfügung. Aber auch hier stellt sich die Frage, wie Daten aus der Fabrik sicher und einfach in die Cloud übertragen werden. Das IIoT-Gateway Ewon Flexy 205 macht das äußerst einfach. Per Konfiguration werden Zugangsdaten für den Login zum MindSphere-Server hinterlegt und welche Daten in die Cloud übertragen werden sollen. Alles weitere - also die sichere Datenverbindung und -übertragung - übernimmt das IIoT-Gateway. Außergewöhnlich ist die hohe Anzahl an Daten, nämlich 1.500 Tags, die sich mit dem Gateway übermitteln lassen. Damit ist es für komplexe Anwendungen bestens geeignet und kann z.B. auch im Rahmen von Modernisierungen älterer Anlagen gute Dienste leisten. Auf Seite der Fertigungsebene lässt es sich flexibel an verschiedenste Kommunikationsbusse und Steuerungen unterschiedlicher Hersteller anbinden. Die OPC-UA-Zertifizierung stellt die Kompatibilität und ein reibungsloses Zusammenspiel mit anderen Komponenten sicher. Über diese Lösung können alle Tools und Apps, die für MindSphere zur Verfügung stehen, mit äußerst geringem Aufwand genutzt werden. Das IIoT-Gateway Flexy 205 bietet zusätzlich auch die Möglichkeit des Fernzugriffs auf Anlagen, Maschinen oder Steuerungen. Etwa für Inbetriebnahme, Fernwartung oder vorbeugende Instandhaltung. Dadurch ergeben sich auch Chancen für völlig neue Geschäftsmodelle.

Daten sinnvoll nutzen

Ebenfalls allen Lösungen gemeinsam ist, dass Daten gesammelt und zur Auswertung visualisiert werden. Dabei stellt sich immer die Frage: Welche Daten sind relevant, welche nicht? Was gilt es zu vergleichen, wo muss man genau hinschauen? Welche sind nicht weiter beachtenswert? Nicht immer ist das einfach zu entscheiden. Mit dem Solutions-Partner-Programm bietet HMS auch hierbei Unterstützung. Die Partner des Unternehmens stellen Software Tools für die Datenauswertung zur Verfügung, sei es, um die Produktivität einer Anlage zu verbessern, die Qualität der hergestellten Produkte zu optimieren oder neue Möglichkeiten zur Instandhaltung zu realisieren.

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