Data Use for Control & Visualization
25.03.2019

Unmittelbarer Mehrwert mit Industrie-4.0-Serverplattform

Geht es um Industrie 4.0, geraten viele Experten über die neuen Möglichkeiten ins Schwärmen. Oft wird dabei vergessen, den schnellen Nutzen ­direkt aus der Steuerung heraus zu generieren. Der Codesys Automation Server als neue Industrie-4.0-Serverplattform bietet dafür einen unmittelbaren Mehrwert.

Viele Automatisierer denken beim Schlagwort „Industrie 4.0“ allein an die Frage: Wie kann man Daten von industriellen Systemen in Cloud­plattformen sammeln und daraus mittels hochkomplexer Algorithmen neue Informationen und Erkenntnisse ableiten?

Zukünftig lassen sich mit Daten von industriellen Systemen in Cloudplattformen in rasantem Tempo innovative Features erzeugen. Dabei ist der erste Teil der Frage bereits gelöst: Basierend auf der Projektierung mit modernen IEC-61131-Systemen wie dem marktführenden Programmiertool Codesys können die Steuerungen Daten über gängige Standardprotokolle wie „https/WebClient“, MQTT oder OPC UA mit der Cloud austauschen. Nachladbare Bibliotheken bzw. Komponenten im Laufzeitsystem der Geräte stellen die erforderlichen Funktionen bereit. Mittels ­integrierter IT-Security-Eigenschaften, wie X.509-Zertifikaten oder Hardware-Dongles, werden Know-how und Kommunikation gegen unautorisierten Zugriff abgesichert.


Liste der angebundenen Steuerungen mit deren Steuerungsprojekt,  dargestellt in einer Weboberfläche

Liste der angebundenen Steuerungen mit deren Steuerungsprojekt, dargestellt in einer Weboberfläche


Angebunden an das Internet spielen solche Steuerungen ihren Mehrwert für die Digitalisierung von Maschinen und Anlagen sofort aus und werden zum „intelligenten Ding“ im Sinn des Industrial Internet of Things (IIoT). Für Antworten auf die Frage, wie man optimal Erkenntnisse aus den vorhandenen Daten generieren kann, muss man jedoch sehr viel weiter in die Ferne blicken. Denn es ist nicht trivial, aus Steuerungsdaten vorausschauende Wartung und selbstlernende Maschinen zu erzeugen, die einen echten Mehrwert bieten – auch wenn der Ansatz vielversprechend ist und Anbieter von Cloudsystemen bereits Apps mit solchen Funktionen anbieten. Viele Automatisierer haben heute ganz andere, viel näherliegende Bedürfnisse und Anforderungen.

Um genau diese Bedürfnisse kümmert sich der Codesys Automation Server als neue Industrie-4.0-Serverplattform. Welchen Mehrwert dürfen Anwender erwarten?

Landschaft schnell überblicken

Die einfachste Anforderung gleich vornweg: Automatisierer wollen per Mausklick einen Überblick über die Steuerungslandschaft erhalten, idealerweise in einer einfachen Weboberfläche. Das leistet mittlerweile jeder billige 30-€-Router für kommerzielle Geräte. Genau dies ist der erste Anwendungsfall für den Codesys Automation Server. Realisiert wird er mit einem digitalen Zwilling aller angebundenen Steuerungen. Weitere Geräteinformationen zeigt der Zwilling ebenfalls an, zum Beispiel über den jeweiligen Zustand oder die hinterlegte bzw. ausgeführte Boot-Applikation, sprich: das nach einem Neustart der SPS automatisch ausgeführte Steuerungsprojekt. Neben einer Listenansicht können die Steuerungen auch in einer Topologie- bzw. Kartenansicht dargestellt werden.


Übersicht und Verwaltung hinterlegter SPS-Applikationen


Steuerung auf Stand halten

Der Blick auf die Steuerung zeigt sofort, ob sie ein Update der Applikationssoftware benötigt. Dazu stellt der Automation Server ganz einfache Möglichkeiten zum Ausrollen des Updates bereit, sobald ­dieses im Codesys-Development-System erzeugt und als Bootapplikation auf den Server geladen wurde. Von der Weboberfläche aus wird der Download auf das Gerät veranlasst. Über ein Ticketsystem kann der beauftragte Mitarbeiter dabei einen in Funktion und Häufigkeit eingegrenzten Update-Auftrag durchführen. Dazu benötigt er nicht einmal ein eigenes Benutzerprofil im Server und kann so auch keinen versehentlichen Schaden anrichten.

Für identische Einheiten oder Maschinen eines Maschinenparks kann das Update der Applikation zentral vom Server auf alle relevanten Geräte ausgerollt werden. Damit ist es nicht mehr nötig, sich einzeln mit jedem Gerät zu verbinden und das Projekt herunterzuladen.

Eine hilfreiche Lösung bietet der Automation Server auch für ein weiteres typisches und zugleich ärgerliches Szenario, nämlich den überraschenden Ausfall eines Geräts. Selbst wenn ein Austauschgerät zur Verfügung steht, bleiben Fragen: Welcher Stand der Applikations­software lief vor dem Ausfall auf dem defekten Gerät? Wo liegt das Projekt? Mit welcher Version der Projektierungssoftware wurde die Applikation erstellt? Oder ist vielleicht eine Bootapplikation vorhanden? Der Codesys Automation Server kennt die Antworten und ermöglicht damit den Austausch innerhalb weniger Minuten: Zunächst erstellt er automatisch und regelmäßig Back-ups der Steuerungen. Einen Geräteausfall registriert der Server sofort. Er sendet selbstständig dem zuständigen Servicetechniker ein Ticket für den Gerätetausch. Das neue Gerät kann der Techniker umgehend per QR-Code anmelden, dann das Back-up per Weboberfläche auf das neue Gerät laden und die Produktion sofort wieder starten. Der Automation Server hilft, den Schaden bei einem solchen Ausfall so gering wie möglich zu halten.


Verwaltung von Tickets für steuerungsspezifische Aufgaben

Verwaltung von Tickets für steuerungsspezifische Aufgaben


Inbetriebnahme einer neuen Steuerung anhand eines Tickets

Inbetriebnahme einer neuen Steuerung anhand eines Tickets


Auf Nummer sicher gehen

Ein weiterer Anwendungsfall: Eine neue Steuerung soll in einer Maschine verwendet werden. Gemäß den Security-Empfehlungen erhält das Gerät eine Benutzerverwaltung, basierend auf Benutzergruppen und Profilen. Damit die Benutzerverwaltung nicht für jede neue Steuerung manuell angelegt werden muss, hinterlegt der Admini-strator im Automation Server entsprechende Benutzerprofile und überträgt sie per Klick auf alle gewünschten Geräte. Auch Änderungen der Benutzerverwaltung, z. B. aufgrund von neuen oder ausgeschiedenen Mitarbeitern, lassen sich zentral und schnell realisieren.

Bisweilen wird eine Steuerung angreifbar, weil auf der hinterlegten Firmware Sicherheitslücken entdeckt und veröffentlich wurden. Kein Problem, solange die Maschine nicht an das Internet angebunden ist. Vernetzte Steuerungen sind jedoch durchaus gefährdet. Bei Codesys-kompatiblen Geräten ist aber auch dies ganz einfach handhabbar: Durch die Modularisierung des Codesys-Laufzeitsystems können einzelne, unsichere Komponenten problemlos upgedatet werden – und das stoßfrei zur Laufzeit des Steuerungsprogramms. Damit wird künftig möglich, was heute bei Windows-Updates tägliche Praxis ist: Die laufende Aktualisierung von Systemkomponenten, ohne dass dadurch Anwendung oder Anwender beeinträchtigt werden.

Ein Mittel, um Schaden durch Hackerangriffe zu vermeiden, ist das eingangs erwähnte Verschlüsseln von Daten und Kommunikation. Verwendet man dafür Zertifikate, so sind public bzw. private Keys paarweise auf der Steuerung und dem zugreifenden System erforderlich. Solche Zertifikate bzw. Schlüssel haben eine zeitlich begrenzte Gültigkeit. Es wäre ein Super-GAU, wenn ein Produktionsprozess wegen eines abgelaufenen Zertifikats auf einer Steuerung plötzlich gestoppt würde – obwohl alle technischen Komponenten einwandfrei funktionieren. Der Automation Server beinhaltet eine zentrale Zertifikatsverwaltung für alle regis­trierten Teilnehmer und meldet sich rechtzeitig, bevor die Gültigkeit eines Zertifikats abläuft.

Datenaufzeichnung in der Cloud

Neben den erläuterten Anwendungsfällen eignet sich der Codesys Automation Server auch für das klassische Aufzeichnen und Analysieren von Prozessdaten und Events – als Ergänzung bzw. Alternative zu anderen Serverlösungen. Entsprechende Dienste werden sukzessive implementiert. Diese Daten stehen dann z. B. für eine Anomalieerkennung oder Künstliche Intelli­genz bereit. Zunächst müssen deren Algorithmen allerdings per Framework in den Automation Server als ­eigene Zusatzdienste eingebettet werden. Ebenfalls ­interessant: Der Server kann als „natürlicher“ Ablageort für alle toolrelevanten Informationen dienen, wie Gerätebeschreibungen, Steuerungsprojekte, Applika­tionsbibliotheken und verschiedene Installationsver­sionen des IEC-61131-3-­Projektierungswerkzeugs. Diese Eigenschaft hilft wiederum, den Aufwand für Erweiterung, Pflege und Updates der Steuerungslandschaft so gering wie möglich zu halten.

Dritte tragende Säule im Codesys-Portfolio

Der Codesys Automation Server verbindet die Vorteile einer fertigen Systemlösung mit denen eines modu­laren Systems. Damit ist klar: Die Serverlösung wird neben den bereits etablierten Engineering- und Runtime-Produkten zur dritten tragenden Säule im Codesys-Produktportfolio. Als Industrie-4.0-Plattform vereinfacht der Server Anwendern mittels Webtechnologien typische Aufgabenstellungen. Dabei schaut der Codesys Automation Server nicht ausschließlich auf die „hoch hängenden Früchte“, wie das meist bei den bisherigen Server- und Cloudsystemen der Fall ist. Stattdessen bietet er einen unmittelbaren Mehrwert für Hersteller und Betreiber industrieller Maschinen und Anlagen – und bewältigt Anforderungen im Handstreich, die heute vielen Automatisieren täglich große Mühe machen.

www.codesys.de


Dipl.-Ing. (FH)  Roland Wagner ist Leiter ­Produktmarketing bei der 3S- Smart ­Software Solutions GmbH in Kempten. Dipl.-Ing. (FH) Roland Wagner ist Leiter ­Produktmarketing bei der 3S-Smart ­Software Solutions GmbH in Kempten.

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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Zum Schmunzeln

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 18.07.2019