16.04.2020

Interoperabilität und Visualisierung

Neue Anforderungen für die SPS

Rasant wachsende Datenmengen, zunehmende Vernetzung, M2M-Kommunikation: Mit den gegenwärtigen Trends wachsen die Anforderungen, die der Maschinen- und Anlagenbau an moderne SPS-Systeme stellt. Neben möglichst hohen Signalgeschwindigkeiten stehen dabei vor allem die Themen Visualisierung und Interoperabilität im Mittelpunkt.


Eine sich selbst organisierende Produktion: Das ist das zentrale Ziel von Industrie 4.0. Für dieses ambitionierte Vorhaben ist nicht zuletzt eine reibungslose Kommunikation zwischen Mensch und Maschine sowie zwischen den Maschinen untereinander erforderlich. Relevante Informationen sollen in Echtzeit bereitgestellt und unmittelbar genutzt werden. Das wiederum ermöglicht eine kontinuierliche Verbesserung der Prozesse sowie eine hochgradig individuelle Fertigung. Doch so verheißungsvoll die Vorteile der vollständig vernetzten Industrie auch sind, so bringen sie zugleich vielfältige neue Anforderungen für die Entwicklung zukunftsfähiger Steuerungssysteme mit sich.

Wandel fordert neue Lösungen

Maschinen- und Anlagenbauer müssen ihr Portfolio angesichts des rasanten Fortschritts ständig neuen Rahmenbedingungen, veränderten Prozessen und technologischen Entwicklungen anpassen. So sind z.B. für die Überwachung einer Produktionsanlage heute nur noch wenige Mitarbeiter nötig, die einzelne Produktionsschritte im Blick behalten, da die Maschinen in vielen Bereichen direkt miteinander kommunizieren und die Steuerung automatisch auf sich verändernde Umstände anpassen können. Statt vieler Mitarbeiter, die über die ganze Anlage verteilt sind, ist nur noch ein Mitarbeiter am Master-Terminal nötig. Er überwacht die gesamte Maschine. Dem können Unternehmen nur mit neuen Hardware- und Softwarelösungen gerecht werden, die auf die digitale Vernetzung ausgerichtet sind, denn nur damit ist es möglich, die komplette Anlage über ein einziges Master-Terminal darzustellen.

Erhöhte Anforderungen an Bussysteme

Leistungsfähige Bussysteme sind eine zentrale Voraussetzung für die reibungslose M2M-Kommunikation. Sie ermöglichen den permanenten Informationsaustausch und somit die maschinelle Produktionssteuerung, etwa infolge der kontinuierlichen Verarbeitung und Analyse von Mess- und Sensordaten aus verschiedenen Produktionsschritten. Aus den Ergebnissen folgen unmittelbar neue Steuerungsanweisungen. Diese Kommunikation der Maschinen untereinander führt dazu, dass immer größere Datenmengen in immer kürzerer Zeit übertragen werden müssen. Ähnliches gilt, wenn eine Maschine aufgrund der Messdaten z.B. erkennt, dass das Produktionsmaterial knapp wird und automatisiert eine Nachbestellung vornimmt oder vor Problemen warnt und somit Folgeschäden vermeidet. Für all diese Funktionen ist eine besonders hohe Signalgeschwindigkeit unverzichtbar. Nicht zuletzt müssen Bussysteme elektrisch und mechanisch äußerst robust sein. Schließlich befinden sich die Komponenten stets in einer industriellen Umgebung, wo sie verschiedensten äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Auch unter diesen Umständen muss absolute Zuverlässigkeit gewährleistet sein.

OPC UA für die M2M-Kommunikation

Je größer eine Anlage, desto mehr Komponenten und Maschinenteile müssen miteinander kommunizieren. Damit dies gelingt, sollten möglichst alle Komponenten OPC UA entsprechen. Der branchenübergreifende und einheitliche Datenstandard bildet eine wichtige Grundlage für eine standardisierte und sichere M2MKommunikation - vom Feldgerät bis in die Cloud. Über entsprechende Schnittstellen liefern einzelnen Maschinenteile ihre Daten zudem an das Master-Terminal, wo eine zentrale Überwachung sowie Analyse und Auswertung möglich sein muss. Doch OPC UA hat noch weit mehr Vorteile, von denen Maschinen- und Anlagenbauer profitieren. So ist mit dem Standard Interoperabilität möglich, und zwar zwischen Komponenten und Produkten unterschiedlicher Hersteller. Wenn alle Komponenten die gleiche Sprache sprechen, können auch die Schnittstellen einheitlich sein und ein reibungsloser sowie schneller Zugriff auf alle Daten und Anwendungen ist stets möglich. Dann braucht es z.B. keine spezielle Schnittstelle, um Temperaturdaten auszulesen. Zudem gewinnen die Anwendungen selbst an Leistungsfähigkeit, da umfangreiche Datenanalysen möglich werden, die helfen, die Produktivität einer Anlage zu steigern.

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Displays mit Target-Visualisierung

Hohe Datenkapazitäten und Rechenleistungen sind für moderne Master-Terminals ausschlaggebend. Ein leistungsfähiger Prozessor in Verbindung mit OPC UA schafft die Möglichkeit, Daten zu sammeln und zu verarbeiten. Die Speicherung derselben wird immer wichtiger, sodass auch beispielsweise passende Cloud-Lösungen an Bedeutung gewinnen. Genau vor diesem Hintergrund ist auch eine moderne Target-Visualisierung ein hilfreiches Instrument. Mit ihr können Analyseergebnisse komfortabel weiterverarbeitet werden. Das erstreckt sich auch auf die Usability der Master-Terminals. Die Bedienoberfläche, das Aussehen und auch die Führung des Anwenders sollen möglichst bekannten Pendants aus dem Consumer-Bereich ähneln. Dazu gehört etwa die Glasfront, die bei Smartphones oder Tablets obligatorisch ist. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, die Visualisierung der Terminals weiter zu verbessern. Den eigenen Anforderungen entsprechend können Anlagen- und Maschinenbauer entscheiden, wie genau die Darstellung auf einem Display aussehen soll. Beispiele wären eine Kacheloptik, die an die Anordnung der Apps auf privaten Endgeräten erinnert, oder dynamische Icons, die für Bedienfreundlichkeit sorgen. Die speziell auf die Bedürfnisse einer Branche abgestimmte Visualisierung kann sowohl vom Anlagen- und Maschinenbauer selbst, als auch vom Hersteller der Terminals erstellt und anschließend programmiert werden. Dadurch entstehen individuelle Systeme, die gleichzeitig eine hohe Usability aufweisen.

Beratung und Entwicklung Inhouse

Die Herausforderungen von Industrie 4.0 unterscheiden sich von Branche zu Branche. Daher kommt der Beratung in diesem Bereich eine große Bedeutung zu. Dementsprechend sollten Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau darauf achten, dass sie Partner wählen, die ihnen Marktkenntnis bieten. Zudem sollten die Hersteller von Feldbuskomponenten bei Problemen beratend zur Seite stehen. Und auch Unterstützung bei Test und Inbetriebnahme der Hardware- und Softwarelösungen sollte zum Service gehören. Ein weiterer spürbarer Vorteil, über den nur wenige Anbieter verfügen, ist die Produktion der Systemkomponenten in Deutschland. Die räumliche Nähe erleichtert die gemeinsame Entwicklung von Lösungen speziell für den hiesigen Markt. Diese sind dann auch bereits bei geringen Stückzahlen möglich.

Fazit

Die Industrie 4.0 wird zunehmend Realität. Daraus ergeben sich für den Anlagen- und Maschinenbau Herausforderungen, die nur mit Unterstützung der Hersteller von Steuerungs- und Feldbuskomponenten zu bewältigen sind. Sie entwickeln neue Hardware- und Softwarelösungen. Dabei sind hohe Signalgeschwindigkeiten ebenso wichtig wie die Kompatibilität mit dem Standard OPC UA, um die M2M-Kommunikation standardisiert und sicher realisieren zu können. Ebenso wichtig sind hohe Rechenleistungen und passende Cloud-Lösungen. Damit sind Unternehmen gut für die Zukunft ausgestattet und profitieren von einer gesteigerten Flexibilität und Produktivität.

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