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Digitalisierungs- und Automatisierungsplattform Mit Software neue Geschäftsmodelle umsetzen

| Autor/ Redakteur: Martin Ortgies* / Sariana Kunze

Mit IoT-Technologien lassen sich Anlagen steuern und überwachen. Eine Digitalisierungs- und Automatisierungsplattform sorgt so für eine hohe Verfügbarkeit sowie schnelle Störungsbeseitigung. Zudem können über das Portal neue Geschäftsmodelle entwickelt werden.

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Mit der Digitalisierungs- und Automatisierungsplattform von Ubix erhält der Anlagenbetreiber eine Vielzahl von Auswerte- und Überwachungsfunktionen. So können wichtige Kennzahlen in einem Dashboard visualisiert werden.
Mit der Digitalisierungs- und Automatisierungsplattform von Ubix erhält der Anlagenbetreiber eine Vielzahl von Auswerte- und Überwachungsfunktionen. So können wichtige Kennzahlen in einem Dashboard visualisiert werden.
(Bild: Ubix)

Alle wichtigen Prozesswerte können erfasst und Predictive-Maintenance-Lösungen umgesetzt werden. Entscheidende Faktoren für eine kommerziell sinnvolle Lösung sind effiziente Kommunikationsanbindungen und geringe Kosten für die Datenübertragung. Ubix wird als Digitalisierungs- und Automatisierungsplattform seit 2011 entwickelt und ist in zahlreichen Unternehmen der Energiewirtschaft, Prozessindustrie und des Maschinenbaus im Einsatz. „Die Ubix-Plattform bietet eine Vielzahl an Schnittstellen, um branchenübergreifend unterschiedliche Leitsysteme und Steuerungen zur Anlagenüberwachung einzubinden“, beschreibt Torsten Kraemer, Leiter Projects & Solutions bei Ubix, den Ansatz der Plattform.

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Anlagen mit Portal überwachen

„Für ein kontinuierliches Anlagenmonitoring oder für eine regelbasierte Zustandsüberwachung ist eine funktionsfähige und sichere Infrastruktur erforderlich. Der Aufwand ist allerdings nicht zu unterschätzen und macht ohne geeignete Werkzeuge viele IoT-Anwendungen schnell unrentabel. Hier haben wir mit dem Ubix-Portal eine Plattform aufgebaut, mit der sich auch die Überwachung kleiner Anlagen noch rechnet“, so Kraemer. Als Beispiel nennt er das Monitoring industrieller Armaturen. Es werden die Zustands- und Diagnoseinformationen einzelner Komponenten wie Pumpen oder Ventile vor Ort durch Sensoren oder aus den Geräten selbst erfasst und z.B. per WirelessHART an ein Mobilfunk-Gateway übertragen. Weil das Gateway die Daten per Funk überträgt, muss es nicht in das Produktions-Netzwerk eingebunden werden. Das vereinfacht das IT-Security-Management. Der Funktionszustand der Pumpe wird im Ubix-Portal mit einer Ampel-Symbolik visualisiert. Eine spezielle Software wertet beispielsweise die Schwingungs- und Temperaturwerte aus und ermöglicht so eine Vorhersage über den Zustand der Pumpe. Wird die Ampel gelb, bleibt noch ein Zeitpuffer von einigen Tagen, um durch Wartungsarbeiten den Ausfall der Pumpe zu vermeiden. In dem Moment, wo die Ampel umschaltet, informiert die Software automatisch den zuständigen Servicemitarbeiter. Der Mitarbeiter kann sich dann im Portal einwählen, die aktuellen und historischen Werte der Pumpe ansehen und die notwendigen Wartungsarbeiten einleiten.

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„Für die Nutzung der Auswerte- und Überwachungsfunktionen benötigt der Anlagenbetreiber nur seinen Browser. So kann er auf Live-Daten zugreifen, Alarme konfigurieren oder ein periodisches Reporting einrichten. Wichtige Kennzahlen können in einem Dashboard visualisiert werden“, beschreibt der Ubix-Manager. Er nennt als weitere typische Anforderung die Verbindung zu Drittsystemen. „Wir sorgen für die Konnektivität beliebiger Komponenten. Dabei stellen wir mit einem Mobilfunk-Gateway die richtigen Schnittstellen bereit und sorgen für eine stabile und verlässliche Datenübertragung“, erläutert Torsten Kraemer. Für das Mobilfunk-Gateway fiel die Wahl von Ubix auf das MC 100 Gateway von MC Technologies. „Das Gateway ist offen für anlagenspezifische Schnittstellen, hat ein hochwertiges 3G- oder 4G-Mobilfunkmodul eingebaut und verfügt bereits über ein vorinstalliertes und frei programmierbares Linux. Damit können wir unterschiedlichste Anlagen immer mit der gleichen Software anschließen“, nennt der Ubix-Manager die Vorteile des Mobilfunk-Gateways. Das MC 100 Gateway enthält digitale und analoge Ein- und Ausgänge und kann optional erweitert werden, um beispielsweise individuelle Maschinen- oder Sensorschnittstellen, WLAN, eine M-Bus-Schnittstelle oder das MQTT-Protokoll bereitzustellen. Die internen Schnittstellen sind für applikationsspezifische Erweiterungen offen gelegt. Die Datenspeicherung erfolgt auf dem integrierten Flash-Speicher und einer Micro SD-Karte. Der Ubix-Manager verweist auf den Nutzen für Hersteller und Anlagenbetreiber. Das Entscheidende sei, dass das Monitoring einer Komponente oder einer ganzen Anlage auf sehr einfache Art und Weise umgesetzt werden könne.

Mobilfunk-Gateway für IoT- und M2M-Anwendungen

„Alle notwendigen Bestandteile für den Anschluss einer industriellen Anlage werden zunächst bei uns fertig konfiguriert und dann an den Betreiber geschickt. Die Übertragungskomponenten können vor Ort ohne fremde Hilfe in Betrieb genommen werden“, berichtet Kraemer. Nach dem Anschluss der Anlage baut das Mobilfunk-Gateway automatisch eine Verbindung zum Ubix-Portal auf. Laut Ubix konnte ein hohes Sicherheitsniveau der Portallösung realisiert werden. Zu den IT-Security-Absicherungen des Gateways gehört eine integrierte Firewall zum Schutz gegen unbefugte Zugriffe. Außerdem werden bei der Authentifizierung der Gegenstelle Zertifikate verwendet, die eine eindeutige Identifikation des Empfängers sicherstellen. Schließlich wird die Transportstrecke bei der Übertragung der Daten über einen virtuellen Datentunnel (Virtual Private Network, VPN) sicher Ende-zu-Ende verschlüsselt. Das Portal wird zudem in einem sicherheitszertifizierten Rechenzentrum betrieben, das deutschen Datenschutzstandards unterliegt. Das Mobilfunk-Gateway überprüft außerdem automatisch die Verfügbarkeit der Datenverbindung. Das umfasst die Übertragung ins Mobilfunknetz, ins Internet und schließlich zum zentralen Portal. Die einzelnen Stufen werden zyklisch getestet und bei Bedarf wird eine ausgefallene Verbindung neu aufgebaut. Ist eine Datenverbindung unterbrochen, werden die laufenden Sensor- und Anlagendaten mit einem Zeitstempel versehen und zunächst auf einer SD-Karte des Gateways zwischengespeichert.

Neue Geschäftsmodelle dank Software entwickeln

Torsten Kraemer stellt heraus, dass die gesamte Infrastruktur mit Gateway und Applikationssoftware aus einer Hand kommen: „Alle Komponenten beispielsweise zur sicheren Fernwartung oder für das Management von Alarmen sind aufeinander abgestimmt. Die Software wird immer aktuell gehalten. So erreichen wir sehr zuverlässige Services.“ Entscheidend seien aber die geringen Basiskosten, die auch den Anschluss kleiner Anlagen ermöglichen. Umsetzbar sei das durch den sehr effizienten Datenanschluss per Mobilfunk-Gateway und durch das Abrechnungsmodell „Software as a Service“, bei dem nur die genutzten Dienste abgerechnet werden (Pay per Use). Dieses nutzungsbasierte Modell sei besonders für neue Geschäftsmodelle geeignet, da eine anfangs geringe Nutzung auch nur zu geringen Kosten führe.

* Martin Ortgies, freier Fachjournalist, Hannover

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