Digitalisierung

Ganzheitliche Lösungen für die IIoT-Maschinenintegration

Ganzheitliche Lösungen für die IIoT-Maschinenintegration

Eine IIoT-getriebene Digitalisierung ist für viele Industriebetriebe der nächste logische Entwicklungsschritt. Mit den Schneider Electric-Lösungen für eine umfassende Anlagen- und Maschinen-Vernetzung lassen sich Einsparpotenziale nutzen, die Produktivität stärken und neue IT-basierte Geschäftsmodelle etablieren.

Durchgängige Vernetzung mit EcoStruxure

Digitalisierung an sich ist nichts Neues. Praktisch jede Maschine funktioniert auf irgendeine Weise „digital“. Doch in vielen Industriebetrieben ist eine anlagenübergreifende, durchgängige Vernetzung aller mechatronischen Komponenten heute oftmals noch nicht gegeben oder schlicht nicht möglich. Hier besteht großer Optimierungsbedarf. Der ganzheitliche, datenbasierte Blick auf Maschinenzustände, Produktionsleistung, Verbrauch und Prozessabläufe bietet Einsichten, die eine singuläre Betrachtungsweise nicht leisten kann. Insbesondere mit Hinblick auf ressourcensparendes Energiemanagement und das Modellieren möglichst effizienter automatisierter Anwendungen lassen sich mit einer umfänglichen IT/OT-Integration große Vorteile hinsichtlich Produktivität, Flexibilität und Nachhaltigkeit erzielen. Herrscht größtmögliche Datentransparenz auf allen Ebenen eines Betriebs, gestaltet sich der Einsatz smarter Software-Helfer für Anlagen-Planung, -Überwachung, -Effizienzsteigerung und -Instandhaltung zudem deutlich gewinnbringender.

Moderne holistische Lösungsarchitekturen für die Industrie, wie beispielsweise EcoStruxure Machine von Automatisierungsexperte Schneider Electric, zielen deshalb genau darauf ab: Möglichst granulare Nutzbarmachung aller Betriebsdaten, leistungsstarke, sichere und flexible Steuerung sowie softwarebasierte Analyse- und Kontrollmöglichkeiten, die mehrwertorientiert mit dem Menschen kommunizieren. Eine direkte Anbindung an eine Cloud gestattet über den Maschinenpark hinaus dann noch Fernzugriff auf alle Daten und Prozesse und ermöglicht die Nutzung von zusätzlichen Serviceangeboten.  

Geräteebene: Digitales Lastmanagementsystem TeSys island

Auf der Geräteebene geht es darum, möglichst viele Daten zu sammeln. Das schließt sowohl das engmaschige Verbauen smarter Messgeräte als auch die Erfassung bisher ungenutzter Maschinendaten mit ein. Als vollständig digitales und objektorientiertes Lastmanagementsystem bietet TeSys island im Sinne von Industrie 4.0 die Möglichkeit, Maschinenlasten durch Datenanalyse zu überwachen. Mithilfe von vorkonfigurierten Funktionen, sogenannten Avataren, schaltet, schützt und verwaltet TeSys island Motoren und andere Lasten bis zu 80A. Der besondere Clou: Mit einem solchen Lastmanagementsystem lassen sich nun auch einfache und zuvor oft unberücksichtigte Lasten mühelos in eine IIoT-Architektur und damit in Energiemanagement und Anlagenüberwachung integrieren. Die äußerst granulare Verfügbarkeit der Daten gestattet dann einen detaillierten Einblick in den laufenden Betrieb von Maschinen und erleichtert präzisere und wirksamere Analyse und Wartung. Insbesondere im Fall von anormalen Gerätezuständen sendet das System frühzeitig Warnungen und ermöglicht damit ein rechtzeitiges Eingreifen. So lassen sich kostspielige Ausfallzeiten wirksam minimieren und Materiallebenszyklen verlängern.

Digitale Avatare für vereinfachte Konfiguration und Inbetriebnahme

Technisch handelt es sich bei TeSys island um ein modulares System, das aus Motorstartern (bis zu 80A) sowie miteinander verbundenen digitalen oder analogen E/A-Modulen besteht, die auf  einer DIN-Schiene montiert sind. Mit nur einer Verbindung zum Automatisierungsnetzwerk kann das System bis zu 20 Module aufnehmen, eine Hilfsverdrahtung ist nicht erforderlich. Die Intelligenz des Systems befindet sich im Buskopplermodul, welches das Gehirn der gesamten „Insel“ darstellt. Insgesamt sind Auswahl, Installation, Konfiguration und Wartung von Motorstartern mit TeSys island erheblich vereinfacht.

Vor allem die digitalen TeSys-Avatare erleichtern Konfiguration und Inbetriebnahme. Dabei handelt es sich um digitale Objekte mit integrierten vorprogrammierten Funktionen, die Maschinenbauern die manuelle Programmierung ersparen. Wenn ein anwendungs- oder funktionsbasierter Avatar ausgewählt wurde, sorgt das System für dessen richtige Integration, die Verbindung zum Buskoppler und optionale E/A-Module. Die vordefinierte Funktionalität kann dabei über intuitive Menüeinstellungen an die Anwendungsanforderungen angepasst werden. Die Integration in das SPS-Programm von Schneider Electric oder in SPS von Drittanbietern erfolgt mit anwenderfreundlichen Funktionsbausteinen. Die TeSys-Avatare tragen außerdem dazu bei, die Produkteinführungszeit deutlich zu verkürzen. Maschinenhersteller können die in einer früheren Projektphase konfigurierten Elemente wiederverwenden. Außerdem lassen sich einzelne in einen TeSys-Avatar integrierte Funktionen mit der Inbetriebnahmefunktion unabhängig vom Vorhandensein einer SPS oder des SPS-Programms testen. Die Funktionsprüfung wird dadurch natürlich erheblich vereinfacht.

Steuerungsebene: Modicon M262

Die ganzheitliche Vernetzung einer Industrieanlage im Sinne von EcoStruxure umfasst nicht nur die Geräteebene. Auch auf der Steuerungsebene oder, im Schneider Electric-Sprachgebrauch, „Edge Control-Ebene“ sind IIoT-fähige Lösungen gefragt. Die Speicherprogrammierbare Steuerung Modicon M262 von Schneider Electric ist mit ihrer Cloud-Anbindung und besonderen Cybersicherheit speziell für diese Anforderungen entwickelt. Als hochperformanter Edge Controller ist sie aufgrund der Verwendung separater Kerne für Anwendung und Kommunikation eine der, wenn nicht die schnellste intelligente Steuerung auf dem Markt. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten liegen zwischen drei und fünf Nanosekunden pro Anweisung und adressieren parallel sowohl Kommunikation als auch Verschlüsselung. Beim Verbindungsaufbau zur Cloud, SCADA oder zusätzlichen SPS bleibt die Maschinenleistung konstant.

Neben der SPS ermöglicht Modicon M262 auch Motion-Anwendungen. Hierfür sind mit SERCOS III, Encoder-Eingang und schnellen Zählereingängen die notwendigen Funktionen integriert. Damit ist M262 insbesondere für die Segmente Material Handling, Hebezeug, Textil, Verpackung, Nahrungsmittel und Elektronik geeignet.  Mit 4 bis 16 synchronisierten Achsen und einer skalierbaren Antriebs-Zykluszeit von 1 ms (unabhängig von der Kommunikation), reagiert die IIoT-Steuerung mit hoher Leistung und erfüllt die Anforderungen synchronisierter Motion-Anwendungen.

Hinzu kommt, dass sich Modicon M262 dank integrierter Industrie 4.0-Protokolle (MQTTs, JSON, OPC UA) ohne weitere Gateways in eine Cloud einbinden lässt und somit die Sammlung von Daten ermöglicht. Damit werden nicht nur neue Geschäftsmodelle hinsichtlich Überwachung, Wartung und Diagnose von Maschinen denkbar, die das klassische „Deliver and Forget“-Modell ablösen, sondern auch die Funktionalität verschiedener Anwendungen kann schier unbegrenzt erweitert werden. So ist es mit der Modicon M262 zum Beispiel möglich, dank einer integrierten Programmierschnittstelle (API), Funktionen und Programme in der Cloud direkt auszuführen. Die dadurch entstehenden Möglichkeiten hinsichtlich Funktionalität und Kosteneinsparung haben das Potenzial, den Industriesektor zu revolutionieren.

Alles im Blick: Softwaretools für datenbasierte Analyse und Wartung

Ist eine Anlage durchgängig vernetzt, können Endnutzer und Maschinenbauer von der maximalen Datentransparenz eines IIoT-fähigen Eco-Systems profitieren. Dies vor allem mithilfe von speziellen Softwaretools, die mit ihren elaborierten Funktionen ideal auf individuelle Gegebenheiten und Bedürfnisse zugeschnitten sind. Der Augmented Operator Advisor von Schneider Electric ist ein solches Tool, das den Echtzeitzugriff auf Geräte- und Maschinendaten erlaubt – dank Augmented Reality sogar besonders intuitiv. Die Verwendung einer software-generierten, erweiterten Realitätsdarstellung ist hier natürlich keine Spielerei, sondern bietet einen enormen Mehrwert hinsichtlich Handhabbarkeit und Analyse. Indem Bediener aktuelle Daten und virtuelle Objekte per Tablet auf einen Schaltschrank, eine Maschine oder eine Anlage projizieren, wird die Datentransparenz sozusagen optisch erfahrbar. Ganz leicht und intuitiv können die erfassten Daten in der Anlage lokalisiert, bestimmten Komponenten zugeordnet und als Basis für Betriebsentscheidungen zurate gezogen werden. Dabei wird der Anwender von einer ganzen Reihe an Zusatzfeatures unterstützt: Zugriff auf technische Dokumente, Schaltpläne, Anleitungen und Videos, dynamische Anzeigen zum Gerätezustand, Hinweise zur Fehlerlokalisierung oder auch das Einfrieren eines Bildes zur späteren Bearbeitung. Die Vorteile für Wettbewerb, Rentabilität und Zukunftssicherheit liegen auf der Hand. Nicht nur lassen sich dank des virtuellen Echtzeit-Blicks in die Anlage datenbasierte Optimierungspotenziale hinsichtlich einer Betriebskostensenkung nutzen, auch die Lebenszyklen der Materialien können verlängert und kostspielige Ausfallzeiten vermieden werden. Gleichzeitig steigt durch die Optimierung der Produktionsabläufe auch die Nachhaltigkeitsbilanz eines Betriebs.

Potenziale von Industrie 4.0 nutzen

Digitales Lastmanagement, cloudfähige Steuerung, AR-basierte Wartung – Schneider Electric hat seine Produkte und Lösungen voll auf die Potenziale von Industrie 4.0 zugeschnitten. EcoStruxure als ganzheitliche, offene und skalierbare Lösungsarchitektur, innerhalb der alle Komponenten zu durchgängiger Datenkommunikation befähigt sind, ermöglicht die Nutzung dieser Potenziale. So können die auf Geräte- und Steuerungsebene gesammelten Daten auf der Softwareebene zur Auswertung, Analyse, Wartung und Optimierung verwendet werden. Damit lassen sich Energie und Ressourcen effizient nutzen  und gleichzeitig die Leistung und Flexibilität der Produktion erhöhen.

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