Data Generation, Collection & Transfer
25.04.2019

Intelligenz am Rande des Netzwerks

In fast allen Trendberichten und Ausblicken auf das Jahr 2019 war das Thema Künstliche Intelligenz am häufigsten vertreten. Rechenpower und Speicherkapazität sind mittlerweile dank Cloud Computing problemlos verfügbar. So lassen sich immense Datenmengen mit Algorithmen sekundenschnell durchsuchen und analysieren. In den IT-Bereichen werden diese Technologien schon erfolgreich genutzt. Der Betriebstechnik, der OT (Operational Technology), waren diese Neuerungen samt ihrer vielen Vorteile bisher vorenthalten.

Das IoT-Software-Framework „SUSiEtec“ wird zur Middleware in IoT-Infrastrukturen. Es verbindet Komponenten und Netzwerke von der Maschine bis in die Cloud mit allen dazwischen benötigten Services

Das IoT-Software-Framework „SUSiEtec“ wird zur Middleware in IoT-Infrastrukturen. Es verbindet Komponenten und Netzwerke von der Maschine bis in die Cloud mit allen dazwischen benötigten Services

Cloud Computing konnte bisher sein Potenzial nicht voll entfalten, wenn es um Maschinensteuerung in komplexen Produk­tionsprozessen geht: Latenzzeiten waren noch zu lang, verfügbare Bandbreiten noch zu unsicher und die Auslagerung von Daten in externe Clouds war für viele ein Sicherheitsrisiko per se. Reines Cloud Computing war für die produktionsnahe Indus­trie nicht praxistauglich genug, sodass eine andere Lösung gefunden werden musste. Das war die Geburtsstunde des Edge Computing. Die dafür benötigten Edge Computer eignen sich heute sogar für Maschinensteuerung, -visualisierung und -kommunikation mit integrierten Analytics-, Preventive-Maintenance-und Machine-Learning-Funktionen.

Digital Twins und Container-Technologie ermöglichen Cloudfähigkeit

Nahe an den Steuerungsprozessen und weitgehend integriert in das IT-Netzwerk sollte die maschinennahe Datenverarbeitung erfolgen, ohne Zeitverlust über das Internet in die Cloud und zurück. Trotzdem wollte man natürlich von den Vorteilen der Cloud auch für die OT-Ebene profitieren, das Prinzip der ­Digital Twins entstand: Eine reale Maschine wird in der Cloud digital nachgebildet.

Bei entfernten Produktionsmaschinen werden beim nächsten zuverlässigen Kontakt zwischen Edge Computer und Cloud die neuen Daten zwischen der realen Maschine an der Produktionsstraße und dem Digital Twin in der Cloud ausgetauscht und fließen so in die Maschinensteuerung, bzw. neue Auswertungen in die Cloud ein. Durch die sogenannte Container-Technologie wird ermöglicht, nicht nur Daten, sondern auch ganze Prozesse, wie die Datenvorbearbeitung auszutauschen, indem diese von der Cloud auf den Edge Computer verschoben werden. Für den Datenaustausch fallen trotzdem nur geringe Datenmengen an und Latenzzeiten verringern sich deutlich.

Während immer leistungsfähigere Hardware auch im Embedded Computing zur Commodity, also Selbstverständlichkeit, wird, erhält sie Unterstützung durch die für das Edge Computing notwendige Software. Für die Vorverarbeitung, Filterung und Containerisierung zwischen Cloud und Maschine ergänzt Kontron sein Portfolio an Standard-, Modified Standard und kundenspezifischer Hardware auch um Softwarekomponenten rund um das IoT Software Framework „SUSiEtec“ für die Cloudanbindung.


Kontron bietet das vollständige Portfolio für IoT-Infrastrukturen: ­Hardware, Software und Services „from Edge to Fog to Cloud“ 

Kontron bietet das vollständige Portfolio für IoT-Infrastrukturen: ­Hardware, Software und Services „from Edge to Fog to Cloud“


Innovationen dank neuer Standards

Vor wenigen Jahren war es noch undenkbar, dass die Branche sich eines Tages darüber unterhalten würde, ob sich das Standard-Ethernet der IT auch für die deterministische Maschinenkommunikation eignen würde. Dank entsprechender Standardisierungsbemühungen wie Open Platform Communications Unified Architecture (IEC 62541 OPC UA) und technischen Entwicklungen wie Time Sensitive Networking (IEEE 802.1 TSN), werden die starren Grenzen zwischen OT und IT harmonisiert und durchlässiger. Die Aktorik und Sensorik der Maschinen kann zukünftig direkt an die Edge Computer angebunden werden und es erfolgt eine durchgängige, deterministische Kommunikation bis hin zur IT und in die Cloud über TSN und OPC UA.

Edge Computer müssen derzeit also mehreren Anforderungen gerecht werden:

  • Sie müssen heute das Gateway sein, das zwischen den Technologien auf verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide, der Betriebstechnik und Informa­tionstechnik, für eine Verbindung sorgt;
  • sie müssen darauf vorbereitet sein, heute schon und zukünftig erst recht die Kommunikation in eine Cloud, sei es Embedded (On-Premises/Private) oder Public (von einem externen Provider) sicherzustellen;
  • sie müssen außerdem für heutige und zukünftige Edge-­Architekturen über ausreichend Leistungsfähigkeit und Speicherkapazität verfügen, um vielfältige Aufgaben schnell vor Ort an der Maschine zu erledigen; sie übernehmen damit auch Aufgaben, die bisher die SPS übernahm. Absehbar ist die Virtualisierung von Steuerungscomputern, sodass ein Edge Computer für die Steuerung mehrerer unabhängiger Maschinen eingesetzt werden kann;
  • für spezielle KI-Aufgaben, wie Machine Learning oder Bildverarbeitung, ist Erweiterbarkeit gefragt, etwa durch GPGPU (General Purpose Computation on Graphics Processing Unit), FPGA (Field Programmable Gate Array) oder Chips, wie die Neural-Compute-Engine-Intel-Movidius-Myriad-X-VPU;
  • sie müssen auf heutige und zukünftige Industriestandards vorbereitet sein, um sich nahtlos in bestehende und zukünftige IT- und OT-Infrastrukturen einzufügen.

Per plug-and-play TSN-fähig mit TSN Netzwerkkarte

Kontron war einer der ersten Anbieter der Industrie, der einsatzbereite Produkte für TSN mit dem OPC-UA-Standard auf den Markt brachte. Eine Standard-Netzwerkkarte für TSN bringt jeden erweiterbaren PC in ein TSN-Netzwerk, dessen Datenpakete zeitsensitiv und deterministisch zugestellt werden. Indus­trie-PC, in die sich mehrere Netzwerkkarten einsetzen lassen, können damit bereits zur Maschinensteuerung eingesetzt werden. Erweiterbare und mit entsprechender Software vorkonfigurierte Kontron Industrie-PC können optional bereits mit mehreren TSN-Schnittstellen ausgeliefert werden.

Neu im Portfolio hat Kontron ein TSN-fähiges Computer-on-Module (COM) auf Basis des SMARC-2.0-Standards. Das ­Modul enthält den NXP-Layerscape-LS1028-Multi-Core-Prozessor mit integriertem TSN-Switch und bis zu fünf TSN-fähige 1-Gb/s-Ethernet-Ports für die Implementierung von kostengünstigen und kompakten Edge Computern mit TSN-Anbindung.


Die KBox A-230-LS von Kontron ist die neue Generation von Edge Computer/IoT-Gateways mit bis zu fünf geswitchten TSN Ports

Die KBox A-230-LS von Kontron ist die neue Generation von Edge Computer/IoT-Gateways mit bis zu fünf geswitchten TSN Ports


OPC UA und TSN erobern die Feldebene

Für Edge Computer bedeutet dies, dass ihre Aufgabe als Gateway zunehmend weniger anspruchsvoll wird, da TSN auf Standard-Computer- und Internet-Technologie setzt. Die „Intelligenz am Rande des Netzwerks” kann also für weitere, komplexere Aufgaben bei der Maschinensteuerung vor Ort eingesetzt werden. Es steht zu erwarten, dass etwa Konzepte der Künstlichen Intelligenz für Machine Vision und Machine Learning Einzug halten.

Eine weitere Aufgabe der Edge Computer wird sein, Daten vorzufiltern, um den Bandbreitenbedarf zu schonen, das heißt ­dafür zu sorgen, dass nur wirklich in der Cloud benötigte Daten dorthin gelangen, zum Beispiel für die Auswertung in Managementsystemen wie Business-Intelligence- oder Enterprise-Ressource-Planning-Anwendungen. Für diese Aufgaben bietet S&T Technologies, das Schwesterunternehmen von Kontron, das IoT-Software-Framework „SUSiEtec“ an, in dem diese Aufgaben in Projekten kundenspezifisch realisiert werden können.


Die KBox C-102 ist die High-End-Industriecomputer-Familie für den Schaltschrankeinbau. Die KBox-C-102-Familie ist damit jetzt in vier ­Varianten verfügbar: von der kompakten KBox C-102-0 ohne Erweiterungsslots über die KBox C 102 1 und KBox C-102-2 mit jew

Die KBox C-102 ist die High-End-Industriecomputer-Familie für den Schaltschrankeinbau. Die KBox-C-102-Familie ist damit jetzt in vier ­Varianten verfügbar: von der kompakten KBox C-102-0 ohne Erweiterungsslots über die KBox C 102 1 und KBox C-102-2 mit jeweils einem bzw. zwei PCIe-Steckplätzen bis hin zur KBox C-102-4 mit vier ­PCIe-Slots


From Edge to Fog to Cloud

Für Industrial IoT- und Indus­trie-4.0-Konzepte werden Edge Computer weiterhin unabdingbar sein. Doch aufgrund der sowohl etablierten, als auch neuen Technologien, wie Cloud Computing, Container-Software, TSN und OPC UA, verändern sich die Aufgabengebiete. Aus den bisherigen reinen Gateway-Rechnern werden leistungsfähige Echtzeit-Rechner an der Maschine. Sie übernehmen Visualisierung, Kommunikation, Analytics- und KI-Aufgaben wie Machine Learning. So wird der nahtlose Übergang zwischen OT und IT gewährleistet und auch Cloud-Computing-Konzepte in der Fertigungsindustrie effizient, sicher und produktiv einsetzbar gemacht.

www.kontron.de


Autor:

Reiner Grübmeyer
Head of Product Management, Systems & Software bei Kontron.

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 14.06.2019