Industrie 4.0 oder das industrielle Internet der Dinge sind kein Selbstzweck. Das Ziel ist vielmehr ein klar erkennbarer, relevanter Kundennutzen. Hersteller und Anwender haben die vergangenen zwei bis drei Jahre genutzt, um genau diese Nutzenpositionen zu identifizieren, und mit Leuchtturmprojekten, „Test-Beds“ und prototypischen Implementierungen versucht, die Nutzen-
argumente zu verifizieren. Die Antworten überraschen nicht: Schlagworte wie Predictive Maintenance, Collaborating Robots, Additive Fertigung und Big-
Data-Analyse können dazu beitragen, die Effizienz zu steigern und die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit deutlich zu erhöhen. Im ersten Schritt nutzen wir das IIoT also dazu, Abläufe, Prozesse, Systeme und Produkte zu verbessern, ihre Funktion und Verfügbarkeit zu erhöhen und ihren Verbrauch an Ressourcen gleichzeitig zu reduzieren.
Selbst eine Blitzschutzbarriere lässt sich durch die Einbindung in das IIoT einfach und kostengünstig auf ihre Schutzfunktion hin prüfen. So kann man Ersatzteilbedarfe auch weit verzweigter Anlagen mühelos ermitteln. Das Risiko, eine Blitzschutzbarriere zu betreiben, deren Funktionsreserven weitgehend aufgebraucht sind und die damit die angeschlossenen Geräte nur unzureichend schützen kann, wird durch automatisierte Abfragen quasi kostenlos eliminiert. Das ist zwar eine deutliche Verbesserung, aber noch kein wirklich neues Geschäftsmodell. Was aber, wenn man die Auswirkungen eines Gewitters regional erfassen und die verursachten Schäden in Sekundenschnelle ermitteln könnte? Diese Information wäre zum Beispiel für die Versicherungswirtschaft wertvoll. Könnte hier nicht ein neues Geschäftsmodell entstehen?
Smart allein reicht nicht
Neben smarten Komponenten braucht es aber auch eine leistungsstarke Netzwerktechnik im industriellen Internet der Dinge. Robustheit und Einfachheit, aber auch Störungssicherheit und Explosionsschutz sind hier gefordert. Eine Standard-Ethernet-Verbindung nach IEEE 802.1 erfüllt keine dieser Bedingungen. Aber auch proprietäre Lösungen sind hier nicht gefragt. Das industrielle Internet der Dinge muss auf offenen globalen Standards aufsetzen. Eine Übertragungsrate von 10 MBit/s bei 1 km Leitungslänge und die Möglichkeit, auf einem zweiadrigen Kabel auch noch Energie mitzuführen, das sind die Anforderungen der Prozessindustrie für das Rückgrat des Netwerks, den Trunk. Für die Zuleitung zum Gerät sind 200 m Leitungs-
länge inklusive eigensicherer Energieversorgung gefordert. Erhöhte Übertragungsraten von beispielsweise
100 MBit/s sind wünschenswert, lassen sich im Moment aber vermutlich nur bei Einschränkung der Leitungslänge erreichen. Pepperl+Fuchs hat bereits vor zwei Jahren eine erste prototypische Implementierung für Ethernet in der Feldebene gezeigt. Die notwendige Geschlossenheit und Bereitschaft aller Hersteller, das Entwicklungs- und Standardisierungsprojekt global voranzutreiben, wurde aber erst in den letzten Wochen vor der Hannover Messe erreicht. Werden wir von der Herstellergruppe während der Hannover Messe Neues erfahren?
Die Ausweitung des IIoT bis in die Ebene der Feldgeräte einer prozesstechnischen Anlage ist nicht nur die Voraussetzung für eine höhere Bandbreite zur Datenübertragung, sondern eine echte „Enabling Technology“. Mit direkten Anbindungen in das Internet der Dinge lassen sich Übertragungs- und Beschreibungsstandards wie OPC-UA oder FDI im Gerät selbst einbetten. Das macht die Integration vieler Geräte auch in komplexen Anlagen deutlich einfacher. „Plug and Produce“ lautet hier das Schlagwort. Durch die leichte Integration komplizierter Geräte und Funktionen kann man nicht nur qualitativ bessere Automatisierungssysteme gestalten. Durch die perfomante Schnittstelle lassen sich Feldgeräte – so wie im Referenzarchitektur-Modell RAMI 4.0 vorgesehen –
direkt mit einer Informationsebene koppeln, auf die alle Business-Anwendungen Zugriff haben. Der Sensor wird vom Messsystem zur Datenquelle.
Zweiter Informationskanal
Was aber, wenn man diese offene Datenschnittstelle (noch) nicht will? Die Namur hat sich mit NOA zu einer Struktur bekannt, die die funktional sichere und noch verfügbare (analoge) Schnittstelle vom Gerät zum Leitsystem unangetastet lässt, und plädiert für den Aufbau eines zweiten Informationskanals, um relevante Parameter und Diagnosedaten außerhalb der Echtzeitkommunikation zu übertragen. Auch den Schreibzugriff möchte man gegebenenfalls einschränken und spricht hier bildhaft von der „Namur-Diode“.
Wie kann man diesen zusätzlichen Übertragungskanal heute realisieren? Mit WirelessHART steht eine Technologie zur Verfügung, die sich auch nachträglich in bereits installierte 4–20-mA/HART-Geräte einbringen lässt. Ein Adapter, der in die 4–20-mA-Schleife eingefügt wird, liest die HART-
Daten und überträgt sie drahtlos an ein WirelessHART-Gateway. Dabei ist die Mesh-Struktur des Netzwerks hilfreich, weil andere Netzwerkteilnehmer gleichzeitig als Zwischenbrücken genutzt werden und so robuste, ausgedehnte, fehlertolerante Netze entstehen.
In einem ersten Projekt werden die so gewonnenen Daten vom Wireless-Gateway über das MQTT-Protokoll direkt mit einer Cloud-Anwendung verknüpft. In diesem Fall unterliegt dem MQTT-Protokoll noch eine Transportschichtsicherheit TLS.
Hersteller und Anwender sind im IIoT angekommen und realisieren schon die ersten Anwendungen mit erkennbarem und relevantem Kundennutzen.
Davon können wir uns in Hannover überzeugen.
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