In der industriellen Praxis zeigt sich ein widersprüchliches Bild: Einerseits treiben Themen wie Industrie 4.0, datengetriebene Produktionsprozesse und Cloudintegration die Digitalisierung der Fertigung voran. Andererseits laufen in vielen Anlagen Steuerungen, die vor Jahrzehnten installiert wurden und bis heute zuverlässig arbeiten. „Wir haben ein sehr weites Spektrum an Steuerungen bei unseren Kunden im Einsatz – von S5-Steuerungen aus den frühen 1980er-Jahren bis hin zu aktuellen Systemen“, erklärt Patrick Grohmann, Supportabteilung, IBHsoftec. „Umso wichtiger ist es, dass sich auch diese älteren Anlagen in moderne Datenarchitekturen integrieren lassen.“ Der Wunsch nach einer solchen Integration nimmt derzeit spürbar zu.
Retrofit statt Austausch
Der vollständige Austausch einer Steuerung ist jedoch häufig mit erheblichen Kosten und Risiken verbunden. Vor allem in wirtschaftlich angespannten Zeiten suchen viele Unternehmen daher nach alternativen Modernisierungskonzepten. Hier setzt der Retrofit-Ansatz an. Statt komplette Steuerungen zu ersetzen, werden vorhandene Systeme durch zusätzliche Kommunikationskomponenten erweitert. Auf diese Weise lassen sich bestehende Anlagen in moderne Industrie-4.0-Architekturen integrieren, ohne in die eigentliche Maschinensteuerung eingreifen zu müssen. „Viele Anlagen funktionieren technisch einwandfrei“, sagt Grohmann. „Eine Modernisierung über entsprechende Gateways ist oft deutlich günstiger, als die Steuerung komplett auszutauschen.“ Retrofit wird damit zu einer wirtschaftlich attraktiven Strategie, um bestehende Produktionssysteme schrittweise in die digitale Fabrik zu überführen.
Ethernet für klassische SPS-Generationen
Eine der zentralen Herausforderungen bei älteren Steuerungen liegt in der fehlenden Netzwerkanbindung. Viele Systeme verfügen noch nicht über Ethernet-Schnittstellen, sondern nutzen klassische Kommunikationswege wie AS511 bei Simatic-S5-Steuerungen oder MPI/DP bei S7-300- und S7-400-Systemen. Um diese Schnittstellen in moderne Netzwerke einzubinden, kommen spezielle Kommunikationsadapter zum Einsatz. „Für diese Steuerungen bieten wir seit vielen Jahren Adapter an, die die vorhandenen Schnittstellen auf Ethernet umsetzen“, erläutert Grohmann. „Damit können die Systeme anschließend problemlos in moderne IT-Strukturen integriert werden.“ Zu diesen Lösungen gehören z.B. Kommunikationsadapter wie der IBH Link S5++ oder IBH Link S7++, die eine Brücke zwischen klassischen SPS-Schnittstellen und Ethernet-Netzwerken schaffen. Die eigentliche Integration in eine Industrie-4.0-Architektur erfolgt anschließend über ein Gateway, das die Steuerungsdaten über standardisierte Protokolle bereitstellt.
OPC UA als Brücke zwischen OT und IT
Als zentraler Kommunikationsstandard hat sich OPC UA etabliert. Das Protokoll ermöglicht eine herstellerübergreifende, sichere und semantisch strukturierte Kommunikation zwischen Maschinen, Anlagen und IT-Systemen. Gateways wie der IBH Link UA übernehmen dabei die Aufgabe, Steuerungsdaten aus den angebundenen SPS-Systemen auszulesen und sie über OPC UA für übergeordnete Systeme bereitzustellen. Dadurch können Daten z.B. an Scada-Systeme, MES-Plattformen oder Cloud-Anwendungen übertragen werden. Neben der Serverfunktion bieten sie häufig auch Client-Funkionalitäten. „Über die Client-Funktion können beispielsweise OPC-UA-Server verschiedener Hersteller direkt miteinander kommunizieren“, erklärt Grohmann. Diese Fähigkeit wird besonders in heterogenen Anlagenlandschaften wichtig, in denen Systeme verschiedener Hersteller miteinander interagieren müssen.
Skalierbare Performance
Weil industrielle Anlagen sehr unterschiedliche Anforderungen an die Datenverarbeitung stellen, werden OPC-UA-Gateways häufig in verschiedenen Leistungsstufen angeboten. Bei kleineren Anwendungen mit begrenzter Variablenzahl genügt oft eine Basisversion. Sobald jedoch größere Datenmengen verarbeitet oder zusätzliche Funktionen genutzt werden sollen, kommen leistungsfähigere Varianten zum Einsatz. „Das hängt stark von der Anzahl der Variablen und der jeweiligen Steuerung ab“, erläutert Grohmann. „Bei einer S7-300 mit etwa 10.000 Variablen liegt die CPU-Auslastung der Basisversion beispielsweise bei rund 50 Prozent.“ Leistungsstärkere Varianten mit Quad-Core-Architektur reduzieren diese Auslastung deutlich und bieten zusätzliche Funktionen wie Python-Integration oder den Einsatz containerbasierter Anwendungen. Insbesondere große Anlagen profitieren von solchen erweiterten Funktionen. Systeme mit mehreren hunderttausend Variablen können z.B. durch leistungsfähigere Hardware effizient verarbeitet werden.
Cloudintegration und Edge-Funktionen
Mit zunehmender Digitalisierung wächst auch die Bedeutung von Edge-Computing und Cloudanbindungen. Moderne Gateways ermöglichen daher nicht nur die klassische OPC-UA-Kommunikation, sondern bieten zusätzliche Integrationsmöglichkeiten. Über Erweiterungen wie Docker-Container oder Node-Red lassen sich zusätzliche Anwendungen direkt auf dem Gateway ausführen. Dadurch können Daten lokal verarbeitet, vorverarbeitet oder an Cloudplattformen weitergeleitet werden. Auch alternative Kommunikationsprotokolle lassen sich integrieren. „Wenn OPC UA nicht genutzt wird, kann die Cloudanbindung beispielsweise über MQTT realisiert werden“, sagt Grohmann. Damit lassen sich selbst ältere Steuerungen in moderne IoT-Architekturen einbinden.
Historische Daten für Analyse und Optimierung
Neben der Echtzeitkommunikation spielt auch der Zugriff auf historische Prozessdaten eine wichtige Rolle. Über OPC Historical Access lassen sich archivierte Daten strukturiert bereitstellen und für Analysen oder Optimierungsprozesse nutzen. „Während OPC Data Access den Zugriff auf aktuelle Prozessdaten ermöglicht, erlaubt OPC Historical Access den Zugriff auf bereits gespeicherte Informationen“, erklärt Grohmann. Diese Daten können von einfachen Datenerfassungssystemen bis hin zu komplexen Scada-Plattformen genutzt werden. Dadurch entstehen neue Möglichkeiten für Produktionsanalysen, Qualitätsüberwachung oder vorausschauende Wartung.
Security und Zertifikatsmanagement
Mit der zunehmenden Vernetzung industrieller Systeme steigen auch die Anforderungen an die IT-Sicherheit. OPC-UA-Gateways müssen daher umfassende Sicherheitsmechanismen unterstützen. Dazu gehören z.B. integrierte Firewalls sowie Zertifikatsmechanismen für eine sichere Authentifizierung der Kommunikationspartner. „Der IBH Link UA ist von der OPC Foundation zertifiziert und erfüllt damit die notwendigen Sicherheitsanforderungen der OPC-UA-Welt“, betont der Fachmann. Eine besondere Herausforderung stellt dabei das Management der Zertifikate dar. In großen Anlagen mit vielen Geräten müssen diese regelmäßig erneuert und verteilt werden. Hier kommen sogenannte Global Discovery Services (GDS) zum Einsatz, die eine automatisierte Verwaltung der Zertifikate ermöglichen, was den administrativen Aufwand in großen Anlagen reduziert.
Selbst Steuerungen aus den 1970ern integrierbar
Wie weit sich Retrofit-Konzepte treiben lassen, zeigt ein Blick auf besonders alte Steuerungen. „Wir haben Kunden, die sogar eine S5-95U aus dem Jahr 1979 mit unseren Produkten OPC-UA-fähig gemacht haben“, berichtet Grohmann. Damit wird deutlich, dass selbst sehr alte Anlagen noch in moderne Datenarchitekturen integriert werden können – ohne ihre grundlegende Steuerungslogik zu verändern.
Wirtschaftliche Alternative zur Neuanschaffung
Angesichts steigender Investitionskosten gewinnt Retrofit in vielen Branchen zunehmend an Bedeutung. Gerade in wirtschaftlich unsicheren Zeiten bevorzugen viele Unternehmen Lösungen, die vorhandene Anlagen weiter nutzen. „Auch aufgrund der aktuellen wirtschaftlichen Lage entscheiden sich viele Kunden dafür, bestehende Anlagen umzurüsten statt neue Steuerungen zu kaufen“, sagt Grohmann. Retrofit ermöglicht damit eine schrittweise Modernisierung der Produktion – ohne hohe Investitionen oder lange Stillstandszeiten.
