Für die noch größtenteils getrennten Welten von Operational Technology (OT) und Information Technology (IT) kommen unterschiedliche Systeme zur Informationsweitergabe zum Einsatz. Die IT setzt seit jeder auf Ethernet, der Roboter (OT) ist üblicherweise über ein BUS-System angeschlossen. Das Problem: Es herrscht eine große Vielfalt an BUS Protokollen für verschiedenste Anwendungsszenarien. Eine durchgängige Kompatibilität ist so nicht gegeben. Es bedarf der Nutzung von Übersetzern. Das bedeutet einen hohen Aufwand der Abstimmung und eine Echtzeitkommunikation ist nur umständlich zu realisieren.
Auf dem Weg zu einer nahtlosen Kommunikation der Roboter vom Sensor bis in die Cloud, steht Robotikanwendungen dieser Systembruch bisher im Weg. Um also die Kommunikation der Roboter nicht nur vertikal, sondern auch horizontal bis in die Cloud zu ermöglichen, bedarf es neuer Ansätze.
Die drei Säulen der Vernetzung von OT und IT
Grundsätzlich basiert die Vernetzung auf allgemeinen IIoT-Prinzipien: Sensoren oder Schnittstellen zu vorhandenen SPSen senden die Daten per Kabel oder Funk an ein Gateway, das die Verbindung ins Internet aufbaut und die Sensordaten an eine Cloud-Plattform schickt. Häufig ist das Gateway ein sogenanntes Edge-Device mit eigener Rechenkapazität, beispielsweise um Daten zu filtern und zu komprimieren.
Eine mögliche Zukunftslösung für die Vernetzung von Robotern mit der Cloud haben Harting, Spezialist für Verbindungstechnik, der Sensorhersteller Sick und der OPC UA-Experte B&R vorausgedacht. Die auch nachträglich anzubringende und leicht skalierbare Lösung basiert auf den drei Säulen intelligenter Sensorik, Single Pair Ethernet (SPE) und OPC UA over TSN.
Moderne Sick-Sensoren für die Industrie sind klein und preisgünstig. So gibt es beispielsweise kleine Laserscanner für die Kollisionsüberwachung, die neben der eigentlich Objektposition auch Größe und Form weitergeben können. Dadurch regelt ein Roboter seine Arbeitsgeschwindigkeit und passt sich an die Umgebung an – etwa beim Herausnehmen eines Spritzgussbauteils. Diese Sensoren ermitteln Werte wie Leistungsaufnahme, Temperatur, Feuchtigkeit oder Vibration und senden die Maschinen- und Prozessdaten in die Cloud.
Voraussetzung dafür ist eine effiziente Kabelstrecke, die den Sensor mit einem IIoT-Gateway verbindet. Harting nutzt Single Pair Ethernet als Verkabelung. Der neue Industriestandard erlaubt mit nur einem Adernpaar eine Bandbreite von maximal einem Gigabit pro Sekunde. Zum Vergleich: In der IT sind für diese Bandbreite 8-adrige Kabel üblich. SPE ist eine robuste und materialsparende Ethernet-Verkabelung, die langfristig die bisher üblichen Feldbusse ersetzen soll.
Als Übertragungsprotokoll dient das standardisierte OPC UA over TSN, das den Industrie-4.0-Standard OPC UA mit Echtzeitfähigkeiten erweitert. Die „Open Platform Communications Unified Architecture“ bietet eine herstellerübergreifende Kommunikation vom Sensor über Gateways bis hin zu den verarbeitenden IT-Systemen im Backend oder in der Cloud. TSN macht hier OPC UA echtzeitfähig. TSN (Time-Sensitive Networking) ist der Oberbegriff für Ethernet-Varianten, die Daten mit minimalen Latenzen übertragen – eine wichtige Voraussetzung für die durchgehende Vernetzung von der Feldebene bis in die Cloud.
Unterm Strich steht eine IIoT-Lösung aus kleinen und smarten Sensoren, einer ressourcensparenden und kosteneffizienten Infrastruktur und einem universellen Ethernet-Protokoll mit Echtzeitfähigkeit.
Drei starke Säulen, die es Herstellern ermöglichen, Roboter zukünftig nahtlos vom Sensor bis in die Cloud zu vernetzen und in neue Produktionsprozesse einzubinden.
