Daten vom Sensor in die Cloud – Die Strategien der Sensorhersteller

Die meisten großen Sensorhersteller haben mittlerweile eigene Strategien entwickelt, ihre Sensordaten in die Cloud zu transferieren und dort gegebenenfalls Analysen vorzunehmen. Dabei sind die Herangehensweisen nicht immer gleich, wie die Beispiele IFM, Pepperl+Fuchs, Sick und Turck zeigen.

Sensorik 4.0 by Pepperl+Fuchs (Bild: Pepperl+Fuchs)

Pepperl+Fuchs: Durchgängigkeit vom Sensor bis in die Datenplattform  

Aus Sicht von Pepper+Fuchs sind Sensoren die Sinnesorgane von Maschinen und Anlagen sowie Schlüsselbausteine in Industrie-4.0-Szenarien. Dabei liefern sie heute mehr Informationen als nur Messwerte, zum Beispiel über ihre Identität oder ihren Zustand. Darüber hinaus können sie mit Parametersätzen an unterschiedliche Anwendungsfälle optimal angepasst werden. Durch den Einsatz von geeigneten Schnittstellen, Kommunikationskomponenten und semantischen Vereinbarungen lassen sich sämt­liche Sensordaten zudem in Cloudsystemen oder lokalen Datenplattformen so bereitstellen, dass dort ohne Detailkenntnisse der Übertragungstechnologie mit den Daten gearbeitet werden kann – der Kommunikationskanal wird damit abstrahiert.    

Um die Parameter zu den Sensoren zu übertragen und Messwerte sowie weitere Daten von dort zu empfangen, sind geeignete bidirektionale Schnittstellen und Protokolle nötig. Diese müssen aus Sicht von Pepperl+Fuchs verbindlichen Standards entsprechen, 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 ethernet­basierte Technologien, wie Ethernet/IP, Profinet, Ethercat und so weiter“, sagt Benedikt Rauscher, Leiter für globale Industrie-4.0-Projekte bei Pepperl+Fuchs (Bild, Quelle: Pepperl+Fuchs). Pepperl+Fuchs fasst solchermaßen konzipierte und entsprechend ausgestattete Produkte unter dem geschützten Begriff „Sensorik4.0“ zusammen.

„Bei der Auswertung von Sensordaten müssen Anwendungen zur Messwertverarbeitung in geschlossenen Regelkreisen ­gesondert betrachtet werden. Hier bestehen oft harte Echtzeit-Anforderungen, sodass dazu entsprechend geeignete Steuerungshardware eingesetzt wird und auch die Kommunikationskanäle ausreichend leistungsfähig sein müssen“, verdeutlicht der Experte. „Die Verarbeitung aller weiteren von Sensoren gelieferten Daten ist im Allgemeinen nicht zeit kritisch. Sie müssen jedoch über längere Zeiträume hinweg aufgenommen, gespeichert und verarbeitet werden.“

Der Pepperl+Fuchs-Ansatz sieht deshalb vor, parallel zur Signalübertragung zur Steuerung zusätzliche Datenwege zu Datenplattformen aufzubauen. Hierfür kommen Edge-Gateways zum Einsatz, die auf der einen Seite über Anschaltbaugruppen 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 MQTT, AMQP oder auch OPC UA mit Pub/Sub-Erweiterung.

„Eine Datenplattform kann sowohl im lokalen Netzwerk eines Anlagenbetreibers betrieben werden als auch als Cloudlösung im Internet“, so B. Rauscher. „Solche Plattformen stellen Datenbanken zur strukturierten Speicherung von Sensordaten bereit und bieten Schnittstellen, über die verschiedene Anwendungen auf die Daten zugreifen können.“ Zur Übertragung von Sensordaten werden die Plattformen über ein Application Programmer Interface (API) angesprochen, das 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, haben wir ein Spin-off für solche Software-Dienstleistungen gegründet: Neoception“, sagt B. Rauscher. „Neoception bringt sensorische Expertise sowie IT-Know-how zusammen und bietet Anbindungen – sogenannte Konnektoren – an alle auf dem Markt verfügbaren Cloudsysteme an.“

Als aktuellen Stand in der Kommunikation auf Sensor-Aktor-Ebene erklärt er: „Es existieren eine ganze Reihe von unterschiedlichen Protokollen und auch keine einheitliche Semantik: Für jeden Feldgerätetyp müssen nach spezifischen Vorschriften geeignete Kommandos generiert und die Antworten darauf gemäß der Vorschrift interpretiert werden. Die spezifischen Eigenschaften der Feldgeräte sind in Beschreibungsdateien (Device Description, DD) festgehalten, die von den Herstellern mit den Geräten mitgeliefert werden. Je nach Technologie werden hier die unterschiedlichsten Formate verwendet, zum Beispiel EDDL, GSD, GSDML, IODD usw.“

Als Herausforderung bei der Anbindung von Feldgeräten an übergeordnete nennt B. Rauscher: „Die Gerätebeschreibungen müssen geladen, interpretiert und die von den Feldgeräten gelieferten Daten mit einer einheitlichen Semantik in der Datenplattform bereitgestellt werden. Idealerweise kann dann ohne Kenntnisse der verwendeten Kommunikationstechnologie auf Feldgerätedaten zugegriffen werden.“ Eine solche Lösung hat Pepperl+Fuchs zusammen mit Neoception und Codewrights für prozesstechnische Feldgeräte auf der Achema 2018 präsentiert.