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Edge-Computing mit Lösungen von Hilscher für industrielle Kommunikation

Datenauswertung schon im Edge-Gateway
Edge-Computing mit Lösungen von Hilscher

Hilscher in Hattersheim ist Spezialist für die industrielle Kommunikation. Mit NetIOT bietet das Unternehmen eine Technologie, mit der der Anwender basierend auf seiner existierenden Kommunikations-Infrastruktur eigene IIoT-Lösungen aufbauen kann. Mithilfe von Web-Services sowie OPC UA oder MQTT erlauben es die Edge-Gateways des Unternehmens, Prozess- und Topologiedaten aus dem Feld zu verarbeiten und in die Cloud zu senden.

 

Frank Bauer, NetIOT-Software-Produkt-Manager, Hilscher GmbH in Hattersheim

Inhaltsverzeichnis

1. Anwendung bestimmt das Konzept
2. Produktivität verschiedener Standorte vergleichen
3. Sicherheitsmaßnahmen sind erforderlich
4. Hard- und Software vom Spezialisten
5. Passive Integration in den Feldbus
6. Azure und andere Clouds

 

Maschinenbauer und Anlagenbetreiber haben großes Interesse daran, ihre Maschinen zu überwachen und den aktuellen Betriebszustand zu kennen, um dem Kunden einen besseren Service zu bieten. Oft fordern es auch die Endkunden, dass die Daten in einer Public- oder Private-Cloud für Analysezwecke zur Verfügung stehen. In der Praxis haben sich Schnittstellen und Industriestandards wie Profibus, Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat durchgesetzt. Deshalb sind verschiedene Methoden erforderlich, um auf die Feldbusdaten zuzugreifen. Werden in der SPS bereits Informationen aus unterschiedlichen Sensoren berechnet, stehen diese Daten auf dem Feldbus nicht zur Verfügung. Geheimnis ist es also, für jede Anforderung das richtige Werkzeug für die Datenaggregation zu haben.

Wer eine Edge-Computing-Lösung aufbauen möchte, muss bereits im Vorfeld klären, welche Daten benötigt werden; das Projektziel muss klar definiert sein. Dann folgt die Entscheidung, über welche Schnittstellen bzw. über welche Anbindungen diese Daten aggregiert werden können: Kommen sie aus der Steuerung, vom Feldbus, evtl. über IO-Link, oder vom Sensor direkt? Dann folgt die Überlegung, ob einzelne Daten weiter berechnet werden müssen, um beispielsweise aus hexadezimalen Zahlen Temperaturen zu ermitteln oder um sie zu skalieren.

Anwendung bestimmt das Konzept

Letztendlich hängt es von der Applikation ab, welche Informationen benötigt und dazu in die Cloud gesendet werden müssen. In vielen Fällen beinhalten diese Informationen schützenswertes Prozess-Know-How, das nicht ungefiltert das Unternehmen verlassen soll und nicht für den Betrieb der Applikation erforderlich ist. Bei Predictive Maintenance geht es beispielsweise darum, rechtzeitig ein Muster für bestimmte Situationen zu erkennen. Also in der Regel möglichst lang bevor Fehler oder Verschleiß auftreten. Predictive Maintenance basiert darauf, über einen bestimmten Zeitraum selektiv Daten zu sammeln, um daraus Muster zu erkennen. Diese Muster lassen sich mittels Künstlicher Intelligenz in der Cloud analysieren, um daraus Algorithmen abzuleiten. Anhand der Algorithmen können „on the edge“ Situationen erkannt und bei Bedarf eine Regelmaschine getriggert werden, die dann vordefinierte Maßnahmen einleiten kann. In der Praxis setzt sich der Trend durch, die Mustererkennung schon im Edge-Gateway auszuführen. Dieses Prinzip unterstützt auch Hilscher und hat es während der Hannover Messe gemeinsam mit seinem Partner X-Integrate gezeigt.

Produktivität verschiedener Standorte vergleichen

Soll die Produktivität verschiedener Standorte verglichen werden, müssen sogenannte KPIs definiert und mittels eines Algorithmus berechnet werden. Dieser Schritt erfolgt lokal, nur das Ergebnis gelangt in die Cloud. Ein individuell gestaltetes Cockpit in der Cloud visualisiert diese Informationen. Diese Struktur kommt in der Industrie-Praxis immer in ähnlicher Weise zum Einsatz. Datengewinnung aus Maschinen mit heterogenen Feldbussystemen oder Steuerungen, Datenvorverarbeitung, Datenanalyse, Datenvisualisierung oder die Steuerung eines Decision Management Systems.

Sicherheitsmaßnahmen sind erforderlich

Um möglichst wenig Angriffsvektoren zugänglich zu machen, bietet sich der Einsatz eines Edge Gateway an, das die Rolle einer Firewall zwischen Netzwerken übernimmt. In diesem Szenario reduziert sich der Aufwand für die sicherheitsrelevante Pflege von Komponenten, beispielsweise bei dem Patch-Management, deutlich. Da Edge-Gateways auch Verbindungen zwischen mehreren Maschinen und der IT aufbauen können, muss sichergestellt sein, dass Verbindungen nur zwischen authentifizierten Partnern hergestellt werden können. Dazu ist eine Public Key Infrastructure und deren Management die geeignete Wahl. Damit werden die Verschlüsselung der Kommunikation und die Validierung der Verkehrsbeziehungen gleichzeitig ermöglicht. Um auftretende Sicherheitslücken zu schließen, sollten zudem das Betriebssystem und dessen Komponenten regelmäßig aktualisiert werden. Rechenleistung und Performance beim Edge-Computing stehen heute ausreichend zur Verfügung. Die Edge-Gateway-Familie von Hilscher skaliert bei Speicher und Prozessoren. Sollte es trotzdem einen Engpass geben, ließe sich ein Teil der Datenverarbeitung ins Datacenter verlagern. Dort stehen immer ausreichend Ressourcen zur Verfügung.

Hard- und Software vom Spezialisten

Hilscher bietet Edge-Gateways in unterschiedlichen Leistungsklassen an. Das Basis-Gateway basiert auf der Raspberry-PI-Hardware und ist in zwei Ausprägungen verfügbar. Als NetPI bietet es dem Benutzer die Freiheit, eigene Lösungen zu entwickeln. Hilscher liefert hierfür ein Betriebssystem und eine Docker-Umgebung mit, für die der Anwender seine eigenen Anwendungen als Container bereitstellen kann. Bei dem NetPI handelt es sich um eine von Hilscher weiterentwickelte Raspberry-PI-Hardware, in die der Hilscher-NetX-Kommunikations-Controller integriert ist.

Das NetIOT-Connect-Gateway basiert auf derselben Hardwareplattform, bietet aber zusätzlich einen umfassenden Software-Baukasten vorinstalliert. Alle NetIOT-Edge-Gateways lassen sich damit als aktive Teilnehmer in ein Automatisierungsnetzwerk einbinden. In diesem Fall kann die Steuerung Daten aus dem Gateway lesen und auch Daten zur weiteren Verarbeitung auf das Gateway schreiben.

Passive Integration in den Feldbus

Ab dem NetIOT-Remote-Gateway ist die passive Integration in den Feldbus möglich. Mit dieser Entwicklung kann der Datenverkehr mitgehört werden, ohne das die Steuerung hierfür angepasst werden müsste. Dabei können alle Daten von dem Feldbus gelesen, aber keine Daten auf den Feldbus geschrieben werden.

Das On-Premise-Gateway am oberen Ende der Gerätereihe ist mit einem SSD-Festplattenspeicher ausgestattet, auf dem eine Infor-mix-Datenbank mit Analytic-Funktionen zum Einsatz kommen kann. Aber auch der Edge-Server ist ein vorinstallierter Service, mit dem automatisiert Daten aus einer Profinet- oder einer IO-Link-Umgebung generiert werden können. Der Service kann Topologien erkennen, sowie unabhängig vom Feldbusbetrieb azyklisch Parameter aus Sensoren auslesen und mit semantischen Informationen anreichern. Semantische Informationen vereinfachen der Applikationsentwicklung das Arbeiten mit den bereitgestellten Daten erheblich. Alle NetIOT-Gateways bieten Schnittstellen wie OPC UA, MQTT oder REST-APIs an.

Azure und andere Clouds

Hilscher unterstützt bereits Bluemix von IBM, SAP Leonardo, Microsoft Azure und viele weitere Cloud-Anbieter. Neben dem Standard-Set an Softwaretools für die industrielle Kommunikation bietet Hilscher weitere Tools, die zusätzlich lizensiert werden können. Darunter befinden sich Werkzeuge für die Überwachung und Visualisierung von Netzwerktopologien sowie die Analyse der Qualitätsparameter auf Ethernet Frame-Ebene. Darüber hinaus verbindet der optionale SAP Asset Intelligence Network Connector die Gateways mit dem gleichnamigen SAP Cloudservice. ge

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