Neue IT-Schnittstellen für Maschinen und Anlagen

Veröffentlicht am 17. Juni 2019connect, Gateway

Maschinen- und Anlagenhersteller stehen vor der Herausforderung, dass ihre Maschinen und Anlagen zukünftig deutlich kommunikativer sein sollen als bisher. Eine neue Generation von IT-Schnittstellen wird benötigt, um die Anforderungen für das Smart Manufacturing zu erfüllen. Moderne Gateway-Technologien machen es möglich.

Die SPS – das Gehirn der Maschine

Die Automatisierung einer Maschine erfolgt über ein Logikprogramm, das in einer Steuerung (SPS = Speicher-Programmierbare-Steuerung) abläuft. Die internen Zustände des Ablaufs werden in Variablen gespeichert. Hierüber werden Zustände erfasst, Sensorwerte geprüft und Aktoren gesteuert. Diese so genannten Prozessdaten spiegeln zu jedem Zeitpunkt den aktuellen Zustand der Maschine wider.

Das SPS-Programm bildet dementsprechend das Gehirn der Anlage. Gefüttert wird es von außen durch Konfigurationsparameter und Rezepturen. In dieser Parametrisierung steckt das fachliche Wissen derjenigen, die die Anlage einsetzen. Der Hersteller schafft die Möglichkeiten im SPS-Programm und der Betreiber optimiert die Anlage für seine Zwecke.

All diese Prozessdaten werden vornehmlich für den automatisierten Betrieb der Anlage verwendet. Manche Prozessvariable enthält jedoch eine Kennzahl, die für die Überwachung des Betriebs der Anlage sicherheitskritisch ist und vom Betreiber eingesehen werden muss. Dies kann zum Beispiel eine Temperatur sein. Diese Kennzahl wird über ein Bedien-Terminal (Human Machine Interface – HMI) dem Betreiber zugänglich gemacht. Der Anlagenführer kann so zum Beispiel die Kerntemperatur in einem Kessel überwachen.

Soll die Anlage auch von so genannten SCADA-Systemen überwacht und ggf. auch gesteuert werden können, so gibt es eine Systemschnittstelle an der SPS, über die relevante Prozessvariablen abgefragt oder auch gesetzt werden können. Hier werden für den Betrieb der Anlage interne Zustände aktiv nach außen propagiert.

Neue Anforderungen durch die Digitalisierung

Der Trend zu einer stärkeren Digitalisierung in der Produktion hin zu einer Digital- oder Smart-Factory stellt nun erweiterte Anforderungen. Die Anlage soll möglichst viele interne Prozessdaten an standardisierten Schnittstellen anbieten, um von modernen IT-Systemen aufgenommen und analysiert zu werden. Ein häufiger Anwendungsfall ist eine Analyse zur vorbeugenden Wartung, bei der mittels der Daten auf den Verschleiß der Anlage geschlossen wird. Bei all diesen Maßnahmen geht es um Optimierung und Kostenreduktion.

Da die Anlage bereits über alle relevanten Daten verfügt, denn diese wurden für die Automation in der Anlage programmiert, könnten diese auch zur Verfügung gestellt werden. Die notwendige Schnittstelle, um diese Daten abfragen zu können, fehlt jedoch in der Regel.

Welche Eigenschaften muss diese neue Schnittstelle mitbringen? Es sollte eine Schnittstelle sein, die nur autorisierten Systemen Zugriff gewährt. Das Missbrauchspotential, wenn Prozessdaten in falsche Hände gelangen, kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Ein Stillstand oder fehlerhafter Eingriff in eine Anlage kann hohe Kosten verursachen. Selbst die irreparable Zerstörung einer Anlage ist denkbar und im Falle von Angriffen wie „Stuxnet“ auch bereits dokumentiert.

Der Maschinen- und Anlagenbau steht also vor der großen Herausforderung die technische Expertise aufzubringen, um diese Art der IT-Anforderungen nach neuen Schnittstellen zu erfüllen. Wie gesehen sind die eigentlichen Daten in der Regel bereits vorhanden, aber wie macht man diese zugänglich? Wie steuert man den Zugriff? Welchen Standard soll man unterstützen? Wie kann man auf individuelle Kundenwünsche reagieren?

Es braucht neue Konzepte für diese Anbindung. Zum einen muss die Anlage vor unbefugten Zugriffen geschützt werden. Gleichzeitig muss die Schnittstelle aber flexibel genug sein, um ggf. auch unterschiedliche weltweite Standards zu unterstützen.

Gateway-Technologie als Lösungskonzept

Die Lösung ist die Einführung einer Gateway-Technologie, mit der auch bestehende Anlagen nachgerüstet werden können. Das Gateway dient zum einen als Zugangspunkt für alle Daten und zum anderen als Wächter und Sicherheitssystem, das die eigentliche Steuerung der Anlage vor Zugriffen schützt.

Der Datenzugriff am Gateway kann flexibel gestaltet werden und richtet sich vornehmlich nach den Anforderungen der IT. So sollten an dieser Stelle moderne Protokolle und Standards unterstützt werden. Je nach Zielmarkt kann dies unterschiedlich ausgeprägt werden.

Der zentrale Gedanke ist, dass man den Datenzugriff und dessen Mechanismen im Gateway regelt. Die eigentliche Maschine und deren Kommunikation zum Gateway kann stabil und unverändert bleiben. So kann der automatisierte Ablauf und die Programmierung innerhalb der Anlage weitestgehend unangetastet bleiben.

Es muss jedoch geregelt sein, wie die Steuerung die gewünschten Daten an das Gateway übergibt. An dieser Stelle kann auch eine hersteller-spezifische Kommunikation definiert werden. Das Gateway muss diese Daten aufnehmen und in das gewünschte Zielformat für die IT umwandeln. Falls es hier zu neuen oder sich ändernden Anforderungen bezüglich der Formate kommt, kann dies im Gateway umgesetzt werden. Die eigentliche Maschine bleibt hiervon unberührt.

Das verlinked connect-Gateway kann als Lösungs-Technologie eingesetzt werden, um jede Maschine oder Anlage fitt zu machen mit modernen IT-Schnittstellen. Über dieses Gateway lässt sich der Datenfluss regeln und eine Konnektivität für Hersteller und Kunden bis in die Cloud verwirklichen. Das flexible Konzept aus Datenpunkten und Protokollen erzeugt unendliche Möglichkeiten. Die verlinked connect-Technologie bietet Lösungen für jede Herausforderung der IT-Integration.