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)

IFM: Vom Sensoranbieter zum Data-Warehouse-Integrator

Bei IFM bildet die an der Maschine verbaute Sensorik die Quelle aller Industrie-4.0-relevanten Daten. Große Bedeutung wird auch hier IO-Link beigemessen, die als IIoT-enabling-Technologie bezeichnet wird. „Dank IO-Link wurde die Sensorik ertüchtigt, neben den Prozessdaten, auch Identifikations-, Validierungs- und Diagnoseinformationen zur Verfügung zu stellen. Dies erhöht die verfügbare Datenmenge zum Beispiel eines induktiven Sensors von einem Schaltbit in der Vergangenheit auf jetzt 200 Bytes“, verdeutlicht Peter Wienzek, Manager Business Development Systems bei IFM (Bild, Quelle: IFM). Als Frage daraus ergab sich für ihn, wie diese vielfältigen Daten effizient in eine Datenbank geschrieben werden können. „Eine mögliche aber nicht praxistaugliche Variante wäre, die Daten zunächst in der Maschinensteuerung (SPS) zu speichern und danach an einen Server weiterzureichen. Dies würde aber erhebliche Softwareänderungen in der Steuerung bedeuten, die bei Nachrüstungen in Produktionsbetrieben nicht möglich sind“, so der Experte.

Als Alternative hat IFM den Y-Weg geschaffen. Er teilt bereits im IO-Link-Master die verschiedenen Informationskanäle in SPS-relevante und Industrie-4-0-relevante Daten auf. Die Echtzeitdaten werden dann über Feldbusse an die Steuerung übertragen, wogegen die zeitunkritischen Daten mittels eines bereits implementierten IoT-Cores direkt in eine Serverdatenbank geschrieben werden. „Dieser Y-Weg entlastet die SPS, ist kostengünstig nachrüstbar und stellt die Konnektivität der meisten IFM-Sensoren zur Line-Recorder-Software (LR) her“, stellt P. Wienzek heraus und ergänzt: „Dies ist nicht nur für IO-Link-Geräte möglich, sondern auch für RFID-Antennen, Kamerasysteme und Sensoren für die Zustandsüberwachung von Maschinen.“ Letztgenannten Punkt gibt er als wichtig bei Condition-based-Monitoring-Systemen, zum Beispiel an Pumpen oder Lüftern, an. „Hierfür bieten wir die komplette Palette an Vibrationssen­sorik, Temperatur- und Drehzahlüberwachung an, die über entsprechende Gateways ebenfalls mittels Y-Weg oder als Nachrüstsatz (,Application Solution‘) direkt eine Verbindung zum Server oder der Cloud herstellt.

Dadurch werden die Langzeit­überwachung der kritischen Bauteile in einem Produktions­umfeld sowie die zeitnahe Alarmierung des Servicepersonals ­möglich. „Der Kunde erhält mittels LR-Smartobserver-Visualisierungs-Cockpit eine transparente und zeitnahe Übersicht der Zustände aller Betriebsmittel und bei Bedarf eine E-Mail-Benachrichtigung zur rechtzeitigen Planung der nächsten Wartung. Unerwartete Stillstände gehören somit der Vergangenheit an, Wartungsjobs können in akzeptable Zeiten gelegt und die Produktion optimal ausgelastet werden“, so der Manager Business Development Systems.

Die zuvor beschriebene Softwarelösung lässt sich auf Stand-alone-Systemen oder Kundenservern lokal installieren. Hierfür stehen Systemintegratoren zur Verfügung, die beide Welten – IT und OT – beherrschen und so eine Datenbrücke zwischen Produktion und Datenbank herstellen. „Möchte der Kunde mehrere Werke global vernetzen oder nicht in zusätzliche, eigene IT-In­frastruktur investieren, bieten sich Cloudmodelle, also entfernte Rechenzentren, an“, so P. Wienzek. Hierfür bietet IFM seinen Kunden einen dedizierten Raum in der IFM-Cloud, der individuell konfigurierte Apps und Datenauswertemodule enthält. Er ist bei Bedarf frei erweiterbar, um zusätzliche Hardware oder weitere Softwareapplikationen anzuschließen.

„Die Kommunika­tion zwischen der geschlossenen Fabrikumgebung und der Cloudinfrastruktur organisiert das vorkonfigurierte Edge-Gateway, das außerdem eine sichere Ende-zu-Ende-Verschlüsselung mit Zertifikatsmanagement beinhaltet. Somit ist sichergestellt, dass sensible Daten aus der Anlage nur in der dafür reservierten Clouddatenbank landen und keine unautorisierten Zugriffe von außen möglich sind“, erklärt er weiter. Die IIoT-Daten in der Cloud werden zum einen verwendet, um Lang­zeiterfahrungen aus der Produktion miteinander zu vergleichen und Prozesse zu optimieren. Auf der anderen Seite nutzt man sie  für Predictive-Maintenance-Applikationen in verteilten oder mobilen Geräten. „Dieses Feld steht noch relativ am Anfang, viele weitere mögliche Szenarien sind denkbar“, sagt der Experte. Als wichtig stellt auch er in diesem Zusammenhang heraus, dass geeignete Schnittstellen benötigt werden, um Produktions- und Anlagendaten schnell und unkompliziert zu erfassen.

„Als IoT-Schnittstelle zur Cloud bzw. zum Server stehen proprietäre wie auch offene Schnittstellen, wie OPC UA oder JSON, zur Verfügung“, gibt er an.

Aus IFM-Erfahrung erwarten sowohl Maschinenanwender als auch Maschinenbauer mehr Transparenz bei der Bedienung und Überwachung ihrer Anlagen. „Da Sensoren die Sinnesorgane als Quelle für Industrie 4.0 Informationen bilden, steht für uns fest, dass langfristig der Kundennutzen in einer Kombination aus Applikations-Know-how mit den passenden Sensoren sowie der Konnektivität und Auswertung zur Verbesserung der Prozessqualität besteht. Aus diesem Grund haben wir uns bereits vor einigen Jahren mit Softwarefirmen verstärkt und in den wichtigsten Ländern der Welt eigenes IT-Know-how aufgebaut, um unsere Kunden global zu unterstützen, getreu dem Motto ,Vom Sensor bis in die Cloud‘“, lautet das Abschlussstatement von P. Wienzek.