I4.0-fähige Sensorlösung

Zur Wolke und wieder zurück

Auf Basis des Barcodelesers BCL 300i entwickelten Leuze Electronic und Microsoft gemeinsam eine I4.0-fähige Sensorlösung, die Daten direkt an die Azure Cloud und wieder zurück in den Sensor überträgt.

Leuze Electronic besitzt fundiertes Applikations-Know-how und ein breites Branchenwissen, unter anderem in der Förder- und Lagertechnik.

Eine intelligente und standardisierte Datenschnittstelle ist die Voraussetzung für einen hohe Datentransparenz und damit Basis für Industrie 4.0. Die Schnittstelle allein reicht aber nicht aus, um Industrie-4.0-Systeme realisieren zu können. Das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 der Plattform Industrie 4.0 liefert eine Darstellung für die Industrie.

In dem RAMI-Modell werden die Eigenschaften von Industrie-4.0-Komponenten in drei verschiedenen Dimensionen dargestellt: In einer Richtung wird der Produktlebenszyklus beschrieben – hierbei werden Produktdaten wie beispielsweise Produktionsdaten, Datenblätter, Parametrierdaten usw. gesammelt. In der nächsten Dimension wird eine Hierarchie aufgezeichnet. Dabei handelt es sich im Prinzip um die bekannte Automatisierungspyramide, erweitert um die Punkte Product unterhalb der Feldebene und Connected World oberhalb der Unternehmensebene. In der dritten Dimension wird die IT-Repräsentanz beschrieben.

Die modularen und stationären Barcodeleser BCL 300i besitzen die Codefragmenttechnik und viele Ausstattungsmerkmale.

Industrie-4.0-Komponenten müssen sich durch das RAMI-Modell 4.0 beschreiben lassen. Das bedeutet, dass ein Sensor (Field Device) über alle IT-Ebenen kommunizieren können muss, wenn er als Industrie-4.0-Komponente eingesetzt werden soll. Dies kann ein Sensor mit einer klassischen Feldbus-Schnittstelle nicht leisten, da diese Schnittstellen ausschließlich mit der Steuerung kommunizieren, aber keine Daten in die oberen IT-Ebenen abgeben.

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Im Gegensatz zu den klassischen Feldbus-Schnittstellen kann eine Schnittstelle, die um das OPC-UA-Kommunikationsmodell erweitert ist, Daten in höhere IT-Ebenen des RAMI-Modells transportieren. OPC steht für „Open Platform Communications“ und ist ein Satz von Standards für die industrielle Kommunikation. Dieser Standard wurde zwischen 1994 und 1996 unter dem Namen „OLE for Process Control“ entwickelt, mit dem Ziel, Prozessdaten von Aktoren und Sensoren unterschiedlicher Hersteller mit SCADA- und HMI-Systemen auszutauschen. OPC basiert dabei auf den Microsoft-Technologien OLE, COM und DCOM. Das UA in OPC UA steht für „Unified Architecture“ und stellt eine signifikante Weiterentwicklung von OPC dar.

Im Gegensatz zu der ursprünglichen OPC-Technologie han-delt es sich bei OPC UA um eine plattformübergreifende Implementierung, die damit nicht mehr an Windows-Plattformen gebunden ist. Sie kann unter anderem auch auf Embedded Systemen und damit in Sensoren implementiert werden. Darüber hinaus lässt sich das OPC-UA-Kommunikationsmodell neben den klassischen Protokollen wie zum Beispiel Profinet oder Ethercat über alle Ethernet-basierenden Feldbus-Schnittstellen betreiben.

Die Datenbereitstellung von Komponenten über die OPC-UA-Kommunikation allein ist aber nicht ausreichend für eine Industrie-4.0-Anwendung. Es werden zusätzliche Mechanismen zur Datenabnahme von der Cloud benötigt. Der Datentransfer vom Sensor in die Cloud wird als Telemetrie bezeichnet. Um die Telemetriedaten ohne zusätzliche Komponenten wie beispielsweise ein Industrie-4.0-Gateway zu realisieren, starteten Leuze Electronic und Microsoft eine Zusammenarbeit, deren erste Ergebnisse beide Unternehmen gemeinsam auf der SPS/IPC/Drives 2016 in Nürnberg präsentierten: Sensordaten des Barcodelesers BCL 348i von Leuze Electronic werden über das OPC UA-Publish/Subscriber Communication Modell (PSCM) in den Azure IoT Hub der Firma Microsoft übertragen. Vom Barcodeleser werden sowohl Prozess- als auch Metadaten wie Codeart oder die Anzahl Lesungen über das Advanced Message Queuing Protokoll (AMQP) der OPC UA-Schnittstelle an die Microsoft Azure Cloud übertragen. Diese Daten werden dort vom IOT-Hub erfasst, den Azure Cloud Services zur Anaylse und Visualisierung bereitgestellt hat.

Lesetore steuern von überall

Microsoft ist mit der Azure Cloud einer der führenden Cloud-Anbieter. Die Azure Cloud stellt dem Nutzer eine Vielzahl von Cloud-Anwendungen zur Verfügung. Diese Dienste sind Hyperscaling-fähig und können vom Anwender global abgerufen werden. Derzeit bietet Microsoft für Embedded Geräte erstmals die Möglichkeit einer Relay/Broker-Kommunikation an, die jetzt im Barcodeleser BCL 348i von Leuze Electronic integriert wurde. Mit dieser Kommunikation kann ein Embedded Device aus der Azure Cloud gesteuert werden und wird als Command/Controll-Funktion bezeichnet. Am Beispiel des Barcodelesers BCL 348i präsentiert Leuze Electronic wie ein Device von der Cloud, ohne dass ein weiteres Gateway benötigt wird, auf der untersten RAMI-Ebene angesprochen werden kann. Konkret wird gezeigt, wie überall auf der Welt von einem beliebigen Mobil-Device über die Azure Cloud das Lesetor eines Barcodelesers von Leuze Electronic gesteuert werden kann.

Ulrich Balbach, CEO Leuze Electronic: „Am Beispiel des Barcodelesers BCL 348i zeigen wir, wie ein Device von der Cloud, ohne dass ein weiteres Gateway benötigt wird, auf der untersten RAMI-Ebene angesprochen werden kann. Konkret wird damit gezeigt, wie überall auf der Welt von einem beliebigen Mobil-Device über die Azure Cloud das Lesetor eines Barcodelesers von Leuze Electronic gesteuert werden kann. Im Sinne von Big Data ist ein weiterer Anwendungsfall von noch größerer Bedeutung: Die vom IoT-Hub erfassten Sensordaten können von den mächtigen Analysewerkzeugen der Cloud nach vorbestimmten Kriterien analysiert werden und Ereignisse im Industrie-4.0-Gesamtsystem auslösen.“

Im Sinne von Big Data ist jedoch ein weiterer Anwendungsfall von weitaus größerer Bedeutung. Die vom IoT-Hub erfassten Sensordaten können von den mächtigen Analysewerkzeugen der Cloud nach vorbestimmten Kriterien analysiert werden und Ereignisse im Industrie-4.0-Gesamtsystem auslösen.

Mit dem Eingehen von Kooperationen, anwendungsorientierten Use Cases und Entwicklen von innovativen Industrie-4.0-fähigen Lösungen und Produkten ist Leuze Electronic ein Treiber für Industrie 4.0 und sieht diese als Chance für neue Geschäftsmodelle. ee

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