Industrie 4.0
27.08.2015

IO-Link-Daten auf Y-Weg zum ERP-System

Der Kommunikation kommt im Zeitalter von Industrie 4.0 eine wesentliche Bedeutung zu. IO-Link bringt hier besondere Vorteile, weil mit dieser ­standardisierten IO-Technologie zusätzlich zu den Prozesswerten Sensorparameter und Statusmeldungen übertragen werden können. Mit einem spe­ziellen Software-Tool bietet IFM darüber hinaus die Möglichkeit, die ­IO-Link-Daten an der SPS an das ERP-System zu übergeben.

Im Zuge der vierten industriellen Revolution wird die Produktion von Grund auf umgekrempelt. Das Ziel: Effizienz, Flexibilität und Produktivität deutlich steigern. Dabei bildet die Vernetzung von Maschinen und Anlagen zu cyber-physikalischen Systemen (CPS) die Grundlage. Durch die digitale Vernetzung und die hohe Flexibilität soll eine automatisierte Fertigung bis hin zu Losgröße 1 möglich werden.  

Kommunikation über alle Unternehmensebenen

Ein schon länger vorherrschender Wunsch und auch Leitgedanke von Industrie 4.0 ist die durchgängige Kommunikation über alle Ebenen innerhalb eines Unternehmens. Von der Feldebene über Steuerungsebene bis hin zur Leit-, Betriebs- und Unternehmensebene sollen Daten nahtlos verfügbar sein. Stand heute stehen der Kommunikation von der ERP-Ebene bis hinunter zu den Sensoren an der Maschine noch einige Hindernisse im Weg. So verarbeitet eine SPS auf der Steuerungsebene zwar die Daten der angeschlossenen Feldgeräte, eine Weiterleitung aller Daten an die Leitebene ist aber oftmals nicht vorgesehen. Die Daten von Sensoren werden im SPS-Programm verarbeitet und für die Ansteuerung der Aktoren verwendet. Ob und welche Daten die SPS nach oben in Richtung Leitebene weitergibt, muss im SPS-Programm festgelegt sein. Sollen nun also in einer bestehenden Anlage zusätzliche Daten für die übergeordneten Ebenen zur Verfügung gestellt werden, ist folglich eine Anpassung des SPS-Programms notwendig. Die Flexibilität ist dadurch eingeschränkt und der direkte Durchgriff auf die Sensordaten nur eingeschränkt möglich.

... und Hierarchieebenen

Ein weiteres Hindernis im Zusammenhang mit der durchgängigen Kommunikation stellen in vielen Unternehmen die unterschiedlichen Zuständigkeiten für die verschiedenen Ebenen dar: Während die Abteilung Elektro- und Automatisierungstechnik für die Leit-, Steuerungs- und Feldebene zuständig ist, kümmert sich die IT-Abteilung um die Unternehmenssoftware. Hier treffen also zwei Abteilungen aufeinander, die verschiedene Prioritäten haben und unterschiedliche Konzepte verfolgen.  

Mit Y-Kommunikation an der SPS vorbei

Von ERP-Herstellerseite werden heute schon vielfach Lösungen angeboten, mit denen sich die Fertigung optimieren lässt. Voraussetzung ist allerdings, dass die entsprechenden Daten vorliegen. Hier ist nun ein Werkzeug erforderlich, das die relevanten Daten unternehmensweit zur Verfügung stellt. Die Anforderungen an ein solches Werkzeug sind vielfältig: Zunächst sollte es verschiedene Datenquellen verarbeiten und mit allen in der Automatisierungstechnik üblichen Protokollen zusammenarbeiten können. Dabei muss eine Kommunikation über unterschiedliche Schnittstellen sowohl mit synchroner als auch mit asynchroner Datenübertragung und das in Echtzeit möglich sein. Die Unabhängigkeit von Betriebssystemen und Hardware sowie die Möglichkeit, große Datenmengen zu handhaben, kommen als weitere Anforderungen hinzu.

Einen Lösungsansatz, der alle oben genannten Anforderungen erfüllt, ist der Linerecorder von IFM. Das System besteht aus mehreren Softwaremodulen, mit denen sich eine durchgängige Kommunikation realisieren lässt: Beim Linerecorder Agent Connectivity Port (LR Agent CP) handelt es sich beispielsweise um ein Software-Gateway, das eine bidirektionale Kommunikation zwischen einer großen Zahl unterschiedlicher Schnittstellen erlaubt. Damit ist eine Kommunikation zwischen dem System auf der einen und den Daten der Geräte aus der Feld-, Steuerungs- und Leitebene auf der anderen Seite möglich. Der Linerecorder Sensor ermöglicht die Erfassung und Übertragung sämtlicher Daten von IO-Link-Sensoren. Damit wird das zuvor beschriebene Hindernis umgangen, da mittels dieses Systems die Sensordaten nicht über die SPS an das ERP-System übergeben werden, sondern auf direktem Weg. IFM bezeichnet diese Form der Kommunikation als Y-Kommunikation: auf einem Weg gelangen die Daten zur SPS und auf dem anderen zum ERP-System.

Die Agentenlösung des Linerecorder gibt es auch in einer Embedded-Version, die damit unabhängig vom Betriebssystem ist. Sie kann direkt auf Sensoren, Aktuatoren und Auswerteelektroniken installiert werden. Ein Beispiel für Letzteres sind Industrie-4.0-Gateways mit acht IO-Link-Schnittstellen.

In dem Software-Framework ist mit dem Linerecorder Smartobserver auch ein System zur Visualisierung und Überwachung enthalten. Mit ihm wird eine zustandsorientierte Wartung und Instandhaltung ermöglicht. Die Visualisierung des Smartobservers lässt sich entsprechend der Nutzerwünsche anpassen. Die Überwachung und Aufzeichnung von Energieverbrauchswerten durch den Smartobserver ermöglicht es, Auswertungen vorzunehmen, die für eine Zertifizierung nach DIN EN ISO 50001 definiert sind. Schließlich stehen alle Daten auch für übergeordnete Systeme auf ERP-Ebene zur Verfügung.

Die IO-Link-Vorteile

Die Grundlage, Sensordaten im ERP-System auswerten zu können, bildet IO-Link. Der Kommunika­tionsstandard ermöglicht es, zusätzlich zu den Standard-Sensordaten auch -parameter und Statusmeldungen zu übertragen. Bei IFM ist man fest davon überzeugt, dass einer solchen Anbindung für intelligente Sensoren die Zukunft gehört; das gilt gerade im Umfeld von Industrie 4.0. Folgerichtig verfügen alle neuen Sensoren des Unternehmens standardmäßig über eine IO-Link-Schnittstelle. Aktuell sind etwa 300 IO-Link-Sensoren im Programm; jedes Jahr kommen 100 bis 150 neue Modelle hinzu.

Dank IO-Link und dem Linerecorder-System werden in Summe viele Anwendungen möglich, die zuvor an fehlender Kommunikation gescheitert sind oder einen hohen Aufwand bedeutet haben. Dazu zwei Beispiele:

Druckluft ist eine der teuersten Energieform, die in der fertigenden Industrie eingesetzt wird. Entsprechend wichtig ist das Auffinden von Leckagen innerhalb der gesamten Fertigung. IFM bietet Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle an, mittels denen der Druckluftverbrauch an den Maschinen und Anlagen gemessen werden und somit „Druckluftlecks“ erkannt werden können.

An vielen Maschinen sind Druckluftzähler heute bereits vorhanden. Über sie überwacht die SPS die Betriebsbereitschaft der Maschine. Häufig wird dazu aber nur eine Abfrage benötigt, nämlich ob der Luftdruck ausreichend ist, also über
einer bestimmten Schwelle liegt. Andere Werte, wie Druckschwankungen oder ein Druckabfall, werden vom Sensor zwar registriert, aber nicht in der SPS ausgewertet. Hier stehen Anwender nun vor dem eingangs erwähnten Problem, dass für eine Druckluftüberwachung, die alle Verbraucher in einem Produk­tionsbetrieb umfasst, die SPS-Programme geändert werden müssten. Bislang wurde der Aufwand in der Regel als zu groß eingestuft. Dank IO-Link-Schnittstelle an den Druckluftzählern und Linerecorder stellt sich die Situation nun anders dar.

Das zweite Beispiel betrifft die zustandsorientierte Wartung von Maschinen. Sensoren an Maschinen können Vibrationen von Lagern detektieren. Anhand der Vibrationen lässt sich nachvollziehen, ob ein Lager demnächst ausfallen wird, was zu einem Stillstand der Maschine führen könnte. Auch hier ist zum einen die Verfügbarkeit der relevanten Daten wichtig und zum anderen ein entsprechendes System zur Maschinenüberwachung, das auf die Sensordaten zugreifen kann. Dadurch wird es möglich, die Wartung von Maschinen gemäß ihres Zustands auszuführen. Ein Lager kann dann genau in dem Moment getauscht werden, wenn eine relevante Veränderung eintritt. Ein regelmäßiger Austausch in festen Wartungsintervallen, bei dem auch solche Lager gewechselt werden, die ohne Probleme noch lange Zeit funktionieren würden, gehört damit der Vergangenheit an. Auch für diese Anwendung ist die durchgängige Kommunikation unabdingbar.

Fazit

Die reibungslose Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten und Systemen innerhalb eines Produktionsbetriebs ist die notwendige Voraussetzung für Industrie 4.0. Dass die Kommunika­tion über alle Ebenen hinweg standardisiert und vereinheitlicht wird, scheint auf absehbare Zeit unwahrscheinlich. Das Zusammenspiel von IO-Link und einem System wie dem Linerecorder, das als Gateway zwischen verschiedenen Ebenen und Systemen zur Verfügung steht, schafft die Grundlage, dass Indus­trie 4.0 Realität werden kann.

Autor: Dr. Jörg Lantzsch ist als freier Fachautor in Wiesbaden tätig.

www.ifm.com

 

-----------------------------------------------------------------------

Beitrag als PDF downloaden.

-----------------------------------------------------------------------

Normen

DIN-VDE-Normen einfach online nutzen

Normen aus dem VDE VERLAG

» Mehr Informationen ...

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 18.03.2019