Maschinen- und Anlagenbetreiber setzen zunehmend auf das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT). Damit Kunden die Vorteile ihrer vernetzten Produktionsanlagen voll ausschöpfen können, müssen Maschinen und Anlagen eine Verbindung zur Cloud ermöglichen. Dies geschieht über Edge Geräte. Energiewerte müssen ermittelt werden, der Service muss schneller und besser werden, die Leistung von Maschinen und Anlagen muss vergleichbar sein. All dies lässt sich mit automatisierten und vernetzten Maschinen und Produktionslinien im Industrial IoT realisieren.
Das Industrial IoT bringt viele Vorteile mit sich, aber es gibt auch eine Reihe von Herausforderungen wie Sicherheit, Datenschutz, Datenintegrität und Interoperabilität, die bewältigt werden müssen. Die Lösung dieser Aufgaben erfordert eine sorgfältige Planung, Investitionen in die richtige Technologie wie dem APROL Edge Controller sowie die Zusammenarbeit mit erfahrenen Lösungsanbietern wie B&R, um IIoT erfolgreich im industriellen Betrieb zu implementieren.
Was ist Edge Computing? Mit Hilfe des Industrial IoT können Anwender Informationen aus ihren Maschinen und Anlagen gewinnen. Zum Beispiel, ob ein Maschinenteil Verschleißerscheinungen zeigt und wann es ausfallen wird. Edge Computing bezeichnet ein Konzept, bei dem große Datenmengen möglichst nahe an der Datenquelle erfasst und komprimiert werden, um sie dann an übergeordnete Systeme weiterzuleiten. Ein Edge Gerät ist somit das Bindeglied zwischen der echtzeitfähigen Maschinen- und Prozessebene (Operational Technology, OT) und der IT.
Optimierung
Der Bedarf an effektiveren und effizienteren Prozessen in der Industrie ist enorm: Betriebs- und Energiewerte müssen ermittelt werden, um Optimierungspotenziale zu erkennen und die Leistung verschiedener Maschinen vergleichbar zu machen.
Qualität
Durch die automatische Erfassung und Verarbeitung einer Vielzahl von Betriebs- und Qualitätsdaten können Abweichungen von den Sollwerten bereits sehr früh in der Produktionsphase erkannt werden. Eine hilfreiche Methode ist der Vergleich von Echtzeitdaten der gleichen Maschine.
Flexibilität
Viele bestehende Anlagen sind auf natürliche Weise durch zusätzliche Maschinen gewachsen. Die damit verbundenen Kapazitäts-Erweiterungen führen zu Engpässen in vor- und nachgelagerten Prozessstufen. Das dynamische Zusammenspiel der Maschinen im Anlagenverbund muss auf Engpässe hin untersucht werden.
APROL Edge Controller – robust, leistungsstark und die Antwort auf zukünftige Herausforderungen
Die Antwort auf all diese Herausforderung und Fragen ist der B&R APROL Edge Controller. Die Verwendung des Edge Controllers, als Teil des Industrial IIoT-Ökosystems, ermöglicht es Unternehmen in der industriellen Automatisierung, ihre Prozesse zu optimieren, die Effizienz zu steigern und die Wartung zu verbessern, indem sie auf Echtzeitdaten und lokale Intelligenz zurückgreifen. Dies kann dazu beitragen, die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit der Produktionsanlagen zu erhöhen.
Der APROL Edge Controller basiert auf den robusten und leistungsfähigen Automation PCs. Diese PCs sind mit leistungsstarken Intel Prozessoren der höchsten Leistungsklasse ausgestattet und eignen sich daher auch für anspruchsvollste Aufgaben wie Machine Learning und Big Data Analysen. Auf dem Edge Controller läuft ein speziell gehärtetes Betriebssystem, das zur Vorverarbeitung der Daten eingesetzt wird. Beim General Purpose Operating System (GPOS) handelt es sich um eine Enterprise-Linux-Distribution mit langjähriger Support-Garantie. Mit Hilfe des B&R Hypervisors kann zusätzlich ein Echtzeitbetriebssystem auf dem Edge Controller laufen. Der Edge Controller ist eine vollwertige Industriesteuerung mit Zykluszeiten im ms-Bereich. Echtzeitprogramme können mit allen IEC 61131 Sprachen erstellt werden. Damit lassen sich auch komplexe Steuerungen einfach abbilden. Über das Industrial Ethernet Protokoll POWERLINK oder andere Feldbusse können beliebig viele I/O-Module oder Steuerungen an den Edge Controller angeschlossen werden.
Monitore
Control Computer
Standard /Industrial Ethernet
Multiscreening
Netzwerk Interface Karten
OPC UA Bus Controller / IIOT Gateway
Der Bus Controller X20BC008T bietet eine integrierte Zertifikatsverarbeitung und ist damit eines der ersten Feldgeräte, das die Sicherheitsanforderungen moderner IT-Systeme erfüllt. Dies ist der Schlüssel zu echter IT/OT-Konvergenz und vielen IoT-Anwendungen.
Daten sammeln und verdichten
Die zentrale und lückenlose Erfassung von Betriebs- und Prozessdaten von Maschinen und Anlagen ist unerlässlich, um aus späteren Datenanalysen wertvolle Informationen zu gewinnen. Mit der PDA-Funktion (Process Data Acquisition) des APROL Edge Controllers können alle produktionsrelevanten Rohdaten in Echtzeit erfasst werden.
Daten archivieren
Der APROL Edge Controller verfügt über eine NoSQL Datenbank (APROL Chronolog) zur Erfassung von kontinuierlichen Signalen und Ereignissen. Zusätzlich steht dem Anwender eine SQL-Datenbank (MariaDB) für den applikativen Einsatz zur Verfügung.
Daten analysieren
Der APROL Edge Controller bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Auswertung der gewonnenen Daten. Die jeweiligen Funktionen stehen in Control Modulen zur Verfügung. Der Anwender kann modular die für seine Applikation benötigten Control Module auswählen.
Informationen visualisieren
Bei Bedarf kann der APROL Edge Controller auch zur Visualisierung von Daten, Ergebnissen und Auswertungen verwendet werden. Die integrierte webbasierte Echtzeit-Visualisierung mapp View ermöglicht die einfache Erstellung von Visualisierungsseiten. mapp View basiert auf HTML5, CSS3 und Javascript und bietet somit eine plattformunabhängige und zukunftssichere Visualisierung, die auf allen webfähigen Geräten dargestellt werden kann.
Orchestrierung
Ziel einer Edge-Computing-Architektur ist es, dass die Algorithmen die Maschinendaten in Echtzeit mit Zykluszeiten im ms-Bereich sicher und zuverlässig verarbeiten, unabhängig vom Zustand der Infrastruktur. Dabei müssen der Applikation alle Funktionalitäten einer modernen Steuerung zur Verfügung stehen. Mit dem APROL Edge Controller ist dies kein Problem, da er als vollwertige Industriesteuerung fungiert.
Industrielle Sicherheit
Edge Geräte befinden sich an der Schnittstelle zwischen IT und OT und können ein lohnendes Ziel für Angreifer sein, die in ein System eindringen wollen. Aus diesem Grund ist der APROL Edge Controller mehrfach gegen IT-Bedrohungen geschützt.
Kontrolle
Im APROL Edge Controller stehen zahlreiche vorgefertigte Modelle für Regelungsaufgaben zur Verfügung. Für Prozesse mit komplexen Abhängigkeiten kann der Edge Controller auch auf die Funktion Advanced Process Control zurückgreifen. Dabei kommt die sogenannte modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control – MPC) zum Einsatz. Anhand eines Modells des Prozesses berechnet der Regler automatisch die optimale Regelung. Regelfehler werden automatisch minimiert.
Cloud-Anbindung via MQTT
Der APROL Edge Controller bietet eine Vielzahl von Kommunikationsmöglichkeiten: Geräte und Systeme anderer Hersteller können einfach an den Edge Controller angeschlossen werden. Für die Kommunikation mit übergeordneten Systemen verfügt der Edge Controller standardmäßig über einen OPC UA Server und Client sowie einen MQTT Client. Das schlanke Kommunikationsprotokoll MQTT hat sich in den letzten Jahren als Standardprotokoll bei Cloud-Anbietern etabliert.
Nahrungsmittelverarbeitung und Dosenabfüllung
In der Lebensmittelverarbeitung werden Spezialmaschinen verschiedenster Hersteller eingesetzt. Die in den Maschinen eingebauten Steuerungen verfügen über unterschiedliche Kommunikationsprotokolle. Der APROL Edge Controller dient zur Datenfassung und -verarbeitung sowie zur Auswertung der Gesamtanlageneffektivität (OEE). Auch eine lückenlose Produkt- und Chargenrückverfolgung wird damit ermöglicht. Die grafische Linienvisualisierung hilft bei der Überwachung vom Anlagenzustand.
Walzwerkbetreiber sammelt Daten
Ein weltweit tätiger Betreiber von Walzwerken hat mehrere Dutzend weltweit verteilte Standorte mit APROL Egdge Controllern ausgestattet, die ihre Betriebsdaten via MQTT über eine Cloud-Lösung an eine zentrale Datenerfassung liefern. Diese globale Datenbasis dient nicht nur zur Ermittlung von Produktivität und Qualität, sondern bildet auch die zentrale Grundlage für die Planung von Wartungsarbeiten.
