21.08.2019

Automatisierung einfach in die Cloud bringen

Experten für (zukunfts-) sichere Cloudlösungen

Viele Anwender wünschen sich mehr Transparenz in ihrer Produktion. Die Cloud ist ein sehr probates Mittel, um diese Transparenz herzustellen und dadurch die Performance der Produktion zu erhöhen. Die neue Edge-Gateway-Lösung von HMS ist so eine Cloudlösung. Allerdings bietet der Kommunikationsspezialist nicht nur die Internetebene an, sondern hat ein komplettes Öko-System vom Sensor bzw. Fertigungsnetzwerk über das Edge Gateway in die Cloud im Programm, das die Sprache der Automatisierer spricht, wie Thilo Döring, CEO von HMS Deutschland erklärt. Im Gespräch mit dem SPS-MAGAZIN erläutert Döring die Besonderheiten des Systems.


Bild: HMS Industrial Networks GmbH

Fertigungsunternehmen benötigen heute eine einfache Möglichkeit, ihre Produktionsdaten über die Cloud abzurufen. Mit dem System von HMS können auch bestehende Maschinen, Anlagen oder Apparate einfach in die Cloud integriert werden, ohne ein mehr oder weniger aufwändiges IoT-Projekt oder ähnliches aufsetzen zu müssen. Aber das System kann noch viel mehr, erläutert uns Thilo Döring, Geschäftsführer der HMS Industrial Networks GmbH, im Interview. "Das System kann die Basis komplett neuer Geschäftsmodelle sein."

Der einfache Weg vom Sensor in die Cloud

Mit seiner Edge-Lösung stellt HMS ein komplettes Ökosystem für die Gestaltung von cloudbasierten Funktionen für industrielle Anwendungen zur Verfügung. Sie erweitert eine bestehende Automatisierungslösung um Analysen, Visualisierung und Konnektivität zu anderen Cloudanbietern und kann dadurch auch als Basis für neue Geschäftsmodelle genutzt werden. "Unser Edge-Angebot ist eine performante und vor allem skalierbare Lösung, die aus drei Teilen besteht: Da sind zum einen die Edge Gateways, die vor Ort an den Geräten bzw. in den Netzwerken der Fabrik installiert werden. Der zweite Bestandteil ist unser Edge Broker, der die gesamte sichere Datenkommunikation und das Gerätemanagement im Feld übernimmt. Die dritte Komponente ist die Cloud an sich, die wir HMS Hub nennen. Diese stellt letztlich die Applikationsebene bereit, also das, was der Endanwender sieht, wenn er sich im Internet an seiner Anwendung anmeldet." Die drei Komponenten Edge Gateway, Edge Broker und HMS Hub kann man also den jeweiligen Ebenen der Lösung zuordnen:

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Große Vielfalt an Edge Gateways

Mit Edge Gateways bezeichnet man üblicherweise die Geräte, die direkt im Fertigungsumfeld installiert werden und die für die notwendige Leistung vor Ort sorgen, um sowohl eine Vorverarbeitung vorzunehmen (siehe HMS Sequence) als auch die entsprechende Security Appliance darstellen, um einen sicheren Transport der Daten in die Cloud zu gewährleisten. Bei HMS sind diese Geräte nicht nur für diese Aufgabe angepasst, sondern vielmehr genau dafür entwickelt worden. "Das beginnt bei der robusten und industrietauglichen Bauweise der Hardware, erstreckt sich über die unterstützten Feldbusprotokolle und reicht bis hin zur speziell für Automatisierer entwickelten Software der Geräte", erläutert Döring. Die Kommunikation mit den Gateways erfolgt über die üblichen und weit verbreiteten Protokolle der Industriekommunikation, erklärt er. "Unsere Geräte koppeln im Feld an Profibus, Profinet, Ethernet/IP, M-Bus und andere Schnittstellen und Protokolle. Auch für die direkte Einbindung von digitalen und analogen E/As gibt es entsprechende Hardware. In den HMS Hub werden die Geräte entweder per Ethernet, WLAN oder Mobilfunk-Technologie (3G oder 4G, Anm. d. Red.) eingebunden. Damit steht für nahezu alle Anwendungen eine passende Lösung zur Verfügung", erläutert Döring. Die Technologie an dieser Stelle stammt zum Teil aus der Übernahme der Beck IPC im vergangenen Jahr und dürfte daher bereits einigen Lesern bekannt sein.

Edge Broker

Der Edge Broker ist eine Softwareschnittstelle auf der Cloudebene bzw. im HMS Hub. "Er sorgt für eine sichere Verbindung zwischen der Cloud und den Edge Gateways und managed sämtliche verteilte Geräte im Feld. Er sorgt also auch für die wichtigen Securityfunktionen und stellt beispielsweise die notwendigen Verschlüsselungsmechanismen bereit. Die komplette Datenkommunikation zwischen Edge und Cloud ist Ende-zu-Ende verschlüsselt. Im Übrigen stellt der Edge Broker auch zentrale Funktionen für eine skalierbare Lösung bereit und sorgt dafür, dass ein Massen-Deployment auch sicher und zuverlässig funktioniert, wenn hunderte, tausende oder gar zehntausende von Geräten gepatched werden müssen."

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HMS Sequence

Der HMS Sequence ist Teil der Software, die auf dem Edge Gateway läuft, also vor Ort. Sie ermöglicht dem Anwender, ähnlich wie in Node Red, logische Verknüpfungen, Datenmanipulationen und Vorverarbeitungen vorzunehmen, beschreibt Döring: "Der HMS Sequence ist ein grafisches Programmiertool, mit dem wir Anwendern ein sehr einfach zu programmierendes Werkzeug an die Hand geben, mit dem er vor Ort Daten manipulieren und vorverarbeiten kann. Das hat den Vorteil, dass er dann nur die Daten in den HMS Hub weiterleiten muss, die wirklich benötigt werden. Die Bedienung ist dabei denkbar einfach: Man wählt ein Modul aus unserer Toolbox und kann dann grafisch ereignisgesteuerte Funktionen realisieren." Auch hier spricht HMS die Sprache der Anwender vor Ort. Wer schon einmal eine SPS programmiert hat, wird sich im HMS Sequence sofort zurecht finden und auf der Basis von einfachen Funktionsblöcken sehr schnell zum gewünschten Ziel kommen.

HMS Hub

Der HMS Hub ist das Bindeglied zwischen den im Feld verteilten Edge-Devices und dem Anwender. Er stellt Funktionen für das Device Management, das Reporting und natürlich das Deployment beispielsweise für Security-Patches zur Verfügung. Aus Sicht des Bedieners ist der HMS Hub aber vor allen Dingen die eigentliche Applikationsebene der Lösung. Hier stehen Dashboards, Alarmmanagement, umfangreiche Reporting- und Visualisierungsmöglichkeiten sowie Verbindungswege in Third-Party-Cloudlösungen (z.B. für Leonardo, Mindsphere oder Azure) bereit, berichtet Döring: "Unser HMS Hub bietet neben den Sicherheitsfunktionen, die im Hintergrund laufen, ein umfangreiches User- und Rechtemanagement, mit dem man beispielsweise konfigurieren kann, welche Daten nur dem Maschinenbauer zur Verfügung stehen und welche auch der Endkunde erhält," erläutert er. "Wir bieten im HMS Hub zusätzlich die Möglichkeit der Programmierung beispielsweise mittels Node Red. Dabei handelt es sich um eine sehr einfache und verbreitete Programmiermöglichkeit, die durch Konnektoren Daten in andere Systeme oder von anderen Systemen einbinden kann. Wenn Kunden darüber hinaus eine komplexere Visualisierung realisieren möchten, bieten wir auf der Basis von WebFactory, einem Unternehmen, das wir kürzlich akquiriert haben, auch dafür Lösungen an. Damit steht dem Anwender ein echtes webbasiertes Scada-System zur Verfügung, mit dem er Visualisierungen umsetzen kann, die deutlich leistungsfähiger und komplexer sind.

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Security ist eine zentrale Fähigkeit

Ist die Cloud nicht sicher, wird es dort keine Fertigungsdaten geben, darin sind sich die Experten einig. Daher hat man dem Thema bei HMS besondere Aufmerksamkeit gewidmet, wie Döring berichtet: "Wir setzen die TLS-Standards ein, die heute auch von Banken benutzt werden. Zudem hosten wir unsere Cloud derzeit in einem Rechenzentrum in Frankfurt. Gegenwärtig laufende Planungen sehen auch vor, dass wir die Cloud weltweit ausrollen und in mehr Rechenzentren der Welt verteilen, um das System noch skalierbarer zu machen. Auch lokale Anforderungen z.B. hinsichtlich des Datenschutzes sind gute Gründe dafür, die Infrastruktur weltweit vorzuhalten. Letztlich erhöht es nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Performance des Systems", erläutert Döring.

Skalierbarkeit ist ein Wettbewerbsvorteil

Neben allen funktionalen Eigenschaften des HMS Hubs ist Döring aber noch eine andere Eigenschaft der Lösung wichtig: "Der Charme unserer neuen Edge-Gateway-Lösung ist dessen Skalierbarkeit. Schon ab dem ersten Gerät, das ein Kunde bei uns kauft, hat er ein professionelles System mit einer professionellen Infrastruktur, auf das er sich sowohl hardwareseitig im Fertigungsumfeld als auch auf der Cloudseite verlassen kann. Die Skalierbarkeit unserer Lösung bedeutet für den Anwender, dass er auch bei wachsenden Anforderungen entsprechende Tools an die Hand bekommt, um die Anforderungen der Anwendung zu bewältigen. Darin liegt die Stärke unserer HMS-Hub-Lösung."

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Performance

Derzeit wird im Hinblick auf den Einsatz von 5G in der Industrie viel über die Performance von industriellen Web-Anwendungen gesprochen und geschrieben. Auch HMS arbeitet bereits an der Umsetzung solcher Lösungen, berichtet Döring. Er ist überzeugt, dass auch heute schon vieles möglich ist und beschreibt, was er unter Performance versteht: "Unser Kolibri-Protokoll sorgt für eine besonders performante Anbindung zwischen den Gateways und dem HMS Hub. Das heißt, in dem Moment, in dem sich Daten ändern, werden diese Informationen mit einem Zeitstempel in die Cloud übertragen. Wir freuen uns natürlich, dass wir über ein so schnelles Protokoll verfügen, dass die Änderungen in einem Gerät unmittelbar überträgt. Richtig spannend ist diese Performance allerdings dann, wenn es um hunderte oder tausende von Geräten geht, die man im Feld hat. Hier spielt Kolibri seine Vorteile für den Anwender voll aus."

Weitere Aussichten

"Für die Zukunft denken wir natürlich auch an die Implementierung von künstlicher Intelligenz im Edge Gateway vor Ort, um dort selbstständig Analysen durchführen und die Methoden und Verfahren von Machine Learning usw. direkt im Prozess nutzen zu können. An diesem Thema arbeiten wir gegenwärtig gemeinsam mit Partnerfirmen, um eine Lösung zu entwickeln, die für die Anwender einfach zu handhaben ist."

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Service, Support und Partnerprogramm

"Das Charmante an unserer Lösung ist, dass man mit einem kleinen Projekt starten kann, z.B. zwei oder drei Geräten. Diese bindet man ohne Expertenwissen und ohne IT-Abteilung sehr schnell und einfach an die Cloud an. Die Skalierbarkeit unserer Lösung gewährleistet, dass nichts von dem, was man in einem kleinen Projekt bereits entwickelt hat, verloren geht, wenn man das ganze ausrollt und plötzlich tausende von Geräten managen muss. Sollte man tatsächlich Hilfe benötigen, stehen unsere Spezialisten zur Verfügung, um den Erfolg eines Projektes zu gewährleisten. Zudem haben wir ein Partnerprogramm, in dem mittlerweile fast zwanzig Unternehmen ihre Expertise auf der Basis unserer Infrastruktur einbringen und den Anwendern helfen, bestimmte Lösungen schnell zu implementieren. Dabei kann es um Scada gehen, um Predictive Maintenance oder auch um die tiefe Analyse von Maschinenprozessen.

Fazit

Mit der Edge-Gateway-Lösung erweitert der Kommunikationsspezialist die Möglicheiten der Anwender deutlich. Obwohl die Einbindung des Systems einfach von der Hand geht, steht ein umfangreicher Baukasten zur Verfügung, dessen Tools für die Anwender der Automatisierungstechnik konzipiert und gestaltet sind. Thilo Döring fasst das so zusammen: "Schnell und einfach zu einer laufenden IoT-Anwendung zu kommen, das war das Ziel bei der Entwicklung des Systems. So können Anwender erste Erfahrungen sammeln mit der Cloudtechnologie. Wenn die Anwendung wächst, dann wachsen die Möglichkeiten im System von HMS mit. So einfach kann 'Automatisierung in der Cloud' heute sein!"

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MTS Sensor Technologie  GmbH & CO. KG
LTN Servotechnik GmbH - November 2019