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Sensorik wird IIoT-Ready

Mit Standardsensoren von der Quelle bis in die Wolke

| Autor: Sariana Kunze

Für das Industrial Internet of Things (IIoT) bilden Sensoren die Basis. Die Anforderungen an die Basis steigen dabei in Bezug auf Datenaustausch und Datensicherheit. Zentrale Herausforderung für die Anwender ist es, die aktuellen Standardsensoren IIoT-Ready zu machen.

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Mit aktuellen Standardsensoren von Baumer das Mehrwissen sicher in die Cloud bringen.
Mit aktuellen Standardsensoren von Baumer das Mehrwissen sicher in die Cloud bringen.
(Bild: Baumer)

Sensorsysteme sind eine zentrale Voraussetzung für die intelligente Produktion der Zukunft. Die Auswertung von Daten direkt von der Quelle ermöglicht Maschinenbauern und Anlagenbetreibern die Steigerung der Effizienz über die gesamte Wertschöpfungskette. Wichtig ist, dass dabei eine möglichst umfassende Basis der relevanten Daten zur Verfügung steht. In der klassischen Automatisierungspyramide sind jedoch viele dieser Daten, die in der Prozess- und Anlagensteuerung nicht direkt verwendet werden, nicht verfügbar oder in überlagerten IT-Systemen nicht korreliert auswertbar. Zudem sind Kommunikationskanäle für solche Zusatzinformationen oft nicht wirtschaftlich und sicher zu implementieren.

Optische Sensoren wie Lichtschranken detektieren zur zuverlässigeren Erkennung von Objekten weitere Informationen, beispielsweise den Verschmutzungsgrad der Sensorlinse. Dieser wird sensorintern eingesetzt, um auch bei zunehmender Verschmutzung eine stabile Objekterkennung zu ermöglichen. In Drehgeber hingegen sind oft zusätzliche Temperatursensoren integriert. Der Verlauf der Temperatur eines Drehgebers erlaubt einen Einblick auf die Betriebsbedingungen des Sensors sowie gegebenenfalls auf die Belastung und den Verschleiß einer Achse. Solche Zusatzinformationen verlassen aber häufig nicht den Sensor und stehen somit beispielsweise für eine zustandsorientierte Wartungs- und Instandhaltungsplanung nicht zur Verfügung.

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„Wir werden als Sensorhersteller keine bestimmte Cloudanbindung vorschreiben“, erklärt Johan Pohany, Leiter Motion Control, Baumer Group.
„Wir werden als Sensorhersteller keine bestimmte Cloudanbindung vorschreiben“, erklärt Johan Pohany, Leiter Motion Control, Baumer Group.
( Bild: Baumer )

Wie funktioniert ein Datenaustausch mit aktuellen Standardsensoren bei Baumer?

Johan Pohany: Baumer liefert ein breites Produktspektrum von Sensoren zur Objekterkennung und Distanzmessung über 2D/3D- und Vision-Sensore, bis hin zu Drehgebern und Beschleunigungssensoren. Diese Standardsensoren haben jedoch anwendungsbedingt unterschiedliche Kommunikationsanforderungen, die wir mit den jeweils adäquaten Schnittstellen abdecken. Baumer baut jedoch immer auf Standardprotokolle wie I/O-Link für einfachere Sensoren, Feldbusschnittstellen wie Profinet, EtherCat und Ethernet/IP bzw. OPC UA oder für größere Bandbreiten z.B. Gigabit Ethernet. Das Konzept des Datenaustausches ist einfach: Für Industrie-4.0-Anwendungen soll keine zusätzliche Schnittstelle nötig sein. Die Kernaufgabe des Sensors als Informationslieferant für die Maschinensteuerung und der Austausch mit anderen Systemen im IIoT wird mit der gleichen Sensorschnittstelle bedient.

Wie gewährleisten Sie die Sicherheit der Daten?

Johan Pohany: Wir liefern Daten aus der Sensorebene basierend auf oben beschriebenen Standardprotokollen. Wir gehen nicht davon aus, dass die Sensorebene die sicherheitsrelevanten Funktionen beinhaltet, sondern diese in einem Cloud-/Edge-Computing-Gateway implementiert sind. Sicherheitsfunktionen müssen permanent auf dem neuesten Stand gehalten werden, das ist unserer Meinung nach in einer Fabrikhalle nur möglich, wenn diese auf wenige Gateways verteilt sind und nicht jeder Sensor direkt mit der Cloud verbunden ist, das würden auch die meisten Anlagenbetreiber nicht zulassen.

Sie transportieren die Daten in eine Cloud-Lösung von Axxom. Warum genau in diese?

Johan Pohany: Baumer ist kein Cloud-Anbieter und wir werden auch keine exklusive proprietäre Cloudanbindung entwickeln. Die Axxom Cloud ist nur eine Möglichkeit, wir haben die Daten parallel auch in der Microsoft Azure Cloud transportiert und unser Motion Control Team hat kürzlich beim Bosch Cloud Hackaton eine exemplarische Anbindung an die Bosch Cloud durchgeführt. Wir werden als Sensorhersteller nicht dem Kunden eine Cloudanbindung vorschreiben, sondern unsere Sensoren haben Standardschnittstellen und Protokolle, die eine Cloudanbindung oder Edge-/Fog-Computing-Anbindung ermöglichen.

Mit den Partnern Mesco und C-Labs haben Sie acht Applikationen umgesetzt. Können Sie uns mehr über diese acht Applikationen verraten?

Johan Pohany: Die Umsetzung ist zweigeteilt. Zum einen liefern wir von allen Sensoren die Metadaten, d.h., z.B. Firmwarestand, Installationsdatum etc., zum anderen zeigen wir Informationen, die die Sensoren heute bereits haben, aber von Steuerungen in der Regel nicht ausgewertet werden. Für unsere Kunden ist es als erstes wichtig, die Sensordaten mit wenig Zusatzaufwand sicher in IT-Systeme zu kommunizieren. Dies gewährleisten wir mit dem Konzept von Standardschnittstellen und Edge-/Fog-Computing-Gateways. Der Nutzen der Auswertung, der sich für die Anwender ergibt, liegt z.B. im Bereich der vorbeugenden Instandhaltung (Predictive Maintenance) sowie Produktionsflexibilisierung (Stückzahl 1 in der Serie). Die auswertbaren Daten lassen sich in vier Kategorien beschreiben. Zum ersten sind dies Identifikationsdaten, wie Hersteller, Bestellnummer, HW-SW Stand. Aber auch durch den Anwender definierte Daten wie z.B. die Sensor-Maschinenzuordnung fallen in diese Kategorie. Zweitens gibt es Parameterdaten. Dabei werden Teach-Werte, Ein- und Ausschaltschwellen und Schaltverzögerungen kommuniziert. Auch die Weiterverarbeitung der kontinuierlich anfallenden Prozessdaten, also der Messwerte und Schaltsignale außerhalb der Maschinensteuerung, wird realisiert. Hier sind es Zeitreihen und damit die Überwachung von schleichenden Veränderungen, die mehr Erkenntnisse bringen. Viertens gibt es erweiterte Prozessdaten. Dies sind oft echte Zusatzdaten für die Anwender, da sie bisher nicht von der Maschinensteuerung ausgewertet werden und zur internen Optimierung im Sensor genutzt werden. Dazu zählen Diagnosedaten wie die Signalqualität oder die Temperatur bei der Messung sowie Statistikwerte wie das Zählen von Schaltsignalen oder errechnete Geschwindigkeiten.

Gibt es derzeit Weiterentwicklungen/Neuerungen?

Johan Pohany: Unser Ziel ist es, dass jedes neue Baumer-Produkt spezifische Möglichkeiten haben wird, um Metadaten und additive Daten weiterzuleiten. Auf dieser Basis entstehen jetzt täglich neue Lösungen in Zusammenarbeit mit unseren Kunden. Wir stellen fest, dass das Thema bei unseren Kunden von der Konzeptionsphase in die Realisierung geht.

Was ist Ihre Sensorik-Vision für die Zukunft? Denkt Baumer auch über Servicemodelle nach?

Johan Pohany: Sensoren sind die Quelle der Daten und damit die Grundlage für alle Weiterentwicklungen neuer Dienste. Damit wird sich der Einsatz von Sensoren noch deutlich ausweiten. Dies birgt sehr praktische Herausforderungen in der Umsetzung. Diese wollen wir für unsere Kunden so effizient wie möglich gestalten. Wir fokussieren uns dabei auf Quality-first, denn nur Daten, auf die sich die Anwender wirklich verlassen können, bringen langfristig auch den gewünschten Mehrwert.

Zusatzinformationen können jetzt den Sensor verlassen

Baumer Sensoren sind IIoT-Ready: Im Zeichen der industriellen Automatisierung spielt die Datensicherheit eine zentrale Rolle. Zur Bereitstellung eines sicheren Protokolls haben sich Ethernet-basierte Schnittstellen weltweit als Standard durchgesetzt. Baumer bietet zahlreiche Sensoren und Drehgeber mit Schnittstellen wie GigE, Profinet und OPC UA. Mit I/O-Link steht ein etablierter Marktstandard für einfachere Sensoren zur Verfügung. Dieser erlaubt es, ein breites Portfolio an Baumer Positionssensoren beispielsweise über ein Gateway leicht mit der Ethernet-Welt zu verbinden. So sind auch Lichtschranken und Induktivsensoren IIoT-Ready. Zur Demonstration der Sensor-Mehrwerte hat Baumer in Zusammenarbeit mit den Partnern Mesco und C-Labs beispielhaft in acht Applikationen die Anbindung von Sensoren über IO-Link, ProfiNet bzw. Ethernet an ein Fog-Computing-System und in einer Cloud-Lösung von Axoom umgesetzt. Die dabei eingesetzten Komponenten lassen sich einfach in bestehende Architekturen integrieren. Sie ermöglichen zusätzlich zur Kommunikation mit der Steuerung eine sichere und kontrollierte Bereitstellung an Sensordaten und Zusatzinformationen in übergeordneten Systemen.

* *Alexander Gerstner, Head of Product Marketing, Baumer Electric

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