Digitale Anbindung
von Bestandsmaschinen

Die Integration von Produktionsanlagen mit ERP- oder MES-Systemen, die Erfassung von Maschinendaten zur Ermittlung der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Efficiency), die Auswertung von Big Data für vorausschauende Wartung oder Qualitätsanalysen haben eines gemeinsam: Ohne direkte Anbindung auch der ältesten Anlage in der Feldebene bleiben die Projekte unvollständig. Doch wie gelingt eine vollständige Anbindung von vorhandenen Produktionseinrichtungen?

Strukturiertes Vorgehen

Inray Industriesoftware hat aus der Erfahrung zahlreicher Projekte, in der Automobil- und Lebensmittelindustrie ebenso wie im Maschinenbau, eine Vorgehensweise entwickelt. Ob es sich um CNC-Maschinen oder Prozessanlagen handelt – das Projekt beginnt mit der Erfassung der Infrastruktur mit den vorhandenen Steuerungstypen und der Definition der notwendigen Datenpunkte. Anschließend werden die verschiedenen Schichten der Kommunikation systematisch geprüft, um für jede Situation eine angemessene Lösung zu entwickeln. Als erstes stellt sich die Frage der Netzwerkanbindung.

Ethernet-Schnittstelle prüfen

Im Idealfall verfügen die Steuerungen über Ethernet-Anbindungen. Dann wird die Verkabelung vorgenommen und eine IP-Adresse zugewiesen. Erfüllt eine Anlage diese Voraussetzungen nicht, muss die Nachrüstung einer Ethernet-Schnittstelle geprüft werden. Falls dies nicht möglich oder nicht wirtschaftlich sein sollte, gibt es eine weitere Option: Eine Kleinsteuerung wird installiert, die bestimmte elektrische Signale oder definierte Sensoren erfasst, um den Maschinenzustand aufzunehmen. Damit die Sicherheit des Produktionsnetzwerks gewährleistet ist, sollte für Netzwerktrennung und Sicherung der Steuerungsebene über eine Firewall gesorgt werden.

Kommunikationsprotokolle und OPC UA

Sind Ethernet-Schnittstellen überall vorhanden, stellt sich die zweite wichtige Frage nach den Kommunikationsprotokollen, mit welchen die Steuerungen über das Netzwerk angesprochen werden. Dabei beherrschen einige Standardprotokolle das Feld. Als meistgenutzte Steuerung in Deutschland verwendet die Siemens S7 das ISO-on-TCP-Protokoll. An zweiter Stelle findet sich das Modbus-Protokoll, mit dem viele Kleinsteuerungen, intelligente Sensoren oder Energie-Messgeräte kommunizieren. Jedes Protokoll erfordert einen speziellen OPC-Server, der die Transportschicht für die Daten bildet. Der KEPServerEX von Kepware verbindet alle gängigen SPS, RTUs, PACs, DAQ und Controller über 160 Kommunikationstreiber, die bidirektionale Echtzeit-Steuerungsdaten übertragen. Moderne Maschinen enthalten oft bereits einen OPC-Server und erlauben den Zugriff auf die entstehenden Daten über OPC UA.

Anbindung an übergeordnete Systeme

Welche Daten sollen mit den Steuerungen ausgetauscht werden? Die Möglichkeiten reichen von einem lesenden Zugriff auf digitale und analoge Prozessdaten bis hin zur Übermittlung komplexer, zusammenhängender Daten wie die eines Produktionsauftrags. Sollen derartig umfangreiche Auftrags- oder Verbrauchsmeldungen übertragen werden, muss eine Handshake-Funktionalität mit der SPS eingerichtet werden. Bei Serienmaschinen oder Seriengeräten existieren dazu vollständig dokumentierte Register- und Datenpunkt-Beschreibungen. Schwieriger wird dies bei Anlagen, die kundenspezifisch programmiert wurden. Hier hilft nur ein gut dokumentiertes und SPS-Programm – oder der direkte Kontakt zum SPS-Programmierer.

Drehscheibe der Industrie 4.0

Der OPC-Router sorgt schließlich dafür, dass alle Daten aus den verschiedenen Quellen richtig erfasst und an die Zielsysteme wie MES, ERP, MS-SQL-Server oder etwa Etikettendrucker ausgegeben werden. Auf diese Weise lassen sich heterogene Architekturen in eine einheitliche Kommunikationsstruktur überführen. Top-down-Daten können ebenfalls übertragen und Prozesse angestoßen werden. Dank OPC-Servern lassen sich Bestandsmaschinen sicher und effizient in moderne Kommunikationswege integrieren.