IO-Link - der Türöffner für Industrie 4.0 Daten - Michael Käser ifm electronic ag
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
IO-Link - der Türöffner für Industrie 4.0 Daten Michael Käser ifm electronic ag
Agenda
• Einführung Industrie 4.0
• Big Data entsteht im IO-Link Device
• Möglicher I40 Datenfluss
• Anwendungsbeispiele für IO-Link im Kontext von Industrie 4.0
• Vor- und Nachteile der verschiedenen Datenflüsse
• Anforderungen an IO-Link Master – I40-Ready
• Das IO-Link-SmartSensor-Profil und Industrie 4.0
• Schlussfolgerung: IO-Link ist der Schlüssel zu I40 weil…!
© 2020 IO-Link Community 2
Einführung: IIoT in der Fertigung
Industrial
Internet of Things!
IO-Link Devices LAN
IO-Link Master Drahtlos
Effizienz
Wartung
Qualität
DATEN DATEN
sicher übertragen analysieren
Quelle: http://oliviaklose.azurewebsites.net/cebit-2015-advanced-analytics-in-microsoft-azure/
© 2020 IO-Link Community 4
Einführung: CPS – Cyber-Physische Systeme
Ein cyber-physisches System, engl. „cyber-physical system“ (CPS), bezeichnet den
Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und
elektronischen Teilen, die über eine Dateninfrastruktur, wie z. B. das Internet,
kommunizieren.
Wikipedia 09.07.2018
„virtuelle Objekte“ Server:
Datenbanken
„physische Objekte“ & Algorithmen
IO-Link Master-Einstellungen
IO-Link Prozessdaten
Geräte-Identifikation
Geräte-Parameter
Diagnosedaten, Events
© 2020 IO-Link Community 5
Einführung: IT und OT wachsen zusammen
Operational Information
Technologies IIoT Technologies
- Werke Industrie - Software „Big Data“ entsteht
- Maschinen 4.0 - Datenbanken durch viele
unterschiedliche
- SPSen - Netzwerke
Informationsquellen.
- Sensoren
IO-Link Devices schicken Informationen
regelmässig in die Cloud-Datenbank via IO-Link
© 2020 IO-Link Community 6
Big Data entsteht im IO-Link Device
• Beispiel: Ein IO-Link Sensor überträgt 10 Bytes an Informationen über einen
Zeitraum von einem Jahr (Maschine läuft 24h):
Drucksensor
Druck, Temperatur,
Druckspitzenzähler Cloud-Speicher
Identifikation
Bei der Aufzeichnung in einer Datenbank sind zu
berücksichtigen:
• Jede Sek. (60x60x24x365x10=) 307 MBytes • Updaterate des IO-Link Devices
• Anzahl Informationen per Device
• Alle 10 s (6x60x24x365x10=) 31 MBytes • Speicherverweildauer auf dem Server
• Alle 60 s (1x60x24x365x10=) 5 MBytes Merke: Speicherplatz, Wartung und Auswertung
der „Big Data“ kosten Geld!
• Alle 600 s (6x24x365x10=) 0,5 MBytes
=> Nur wirklich notwendige Daten längerfristig
speichern!
© 2020 IO-Link Community 7
Big Data: Verfügbare Daten in der Automatisierung / Server
Echtzeit-
Daten
Prozessdaten
SPS
IO-Link
Devices Prozesssteuerung
sind bereits
Alarme
Industrie 4.0- Prozessdaten, SPS
READY by Visualisierung
Parameter, FB
Design! Identifikation,
Diagnosedaten
Grosse
Datenmengen
Prozessdaten, „Big Data“ Alarm-Management
Parameter, Server Langzeitaufzeichnung
Identifikation, Daten-Analyse
Diagnosedaten Visualisierung
© 2020 IO-Link Community 8
Möglicher I40-Datenfluss
Daten-
bank ERP-
Cloud- Software
SPS Edge-Gateway Server
Feldbus*
IT Netzwerk*
IO-Link
Master
Visualisierung
Analyse
Alarme
Datenfluss
z.B.
Wartungsauftrag
Produktionsplanung
IO-Link
*Anmerkung: Es ist bei manchen Feldbussen Sensor
üblich beide Kommunikationsarten auf derselben
Physik zu nutzen.
© 2020 IO-Link Community 9
Drei Anwendungsbeispiele zur Veranschaulichung der Datenflüsse
Bsp.1: „Green Field“ Bsp.2: „Brown Field“ Bsp.3: „Remote Service“
Eine neu entwickelte
Maschine mit neuen IO-
Link Geräten (Master und
Devices) soll mit einem
Server („Private Cloud“)
verbunden. Die IO-Link-
Informationen werden aus
der Maschinensteuerung
(SPS) geholt.
Die Maschinensoftware
kann den IoT-Anforde-
rungen gemäss
strukturiert werden.
© 2020 IO-Link Community 10Anwendungsbeispiel 1: Maschinendaten vom IO-Link Device zum
On-Premise-Server übertragen via SPS „Green Field“
SPS Server*
LAN Daten-
bank
ERP-
System
Neu
*bei dem Server kann es sich um ein entwickelte
Maschine
Stand-alone-Gerät, eine Virtuelle Maschine
oder einen Cloud-Server (Private Cloud) handeln.
© 2020 IO-Link Community 11Informationen von IO-Link-Devices + Maschinenzustände
Echtzeit-Informationen Echtzeit-Informationen Langzeit-Informationen
aus dem IO-Link Device aus der Maschinensteuerung in der Datenbank
Daten-
bank
SPS/NC-Meldungen:
Maschine run/stop • Prozessanalyse und –
Störung / Wartung optimierung, Transparenz
Kein Material • Minimierung von Stillständen
Stückzahlzähler • Vorrausschauende Wartung
Gute / schlechte Teile
• Kostenoptimierung
…
• Berechnung von Kennzahlen,
z.B. KPI, OEE
© 2020 IO-Link Community 12Drei Anwendungsbeispiele zur Veranschaulichung der Datenflüsse
Bsp.1: „Green Field“ Bsp.2: „Brown Field“ Bsp.3: „Remote Service“
Eine bestehende
Produktionsanlage mit
vorhandenen IO-Link
Geräten (Master und
Devices) soll nachträglich
über ein Edge-Gateway mit
einem externen Cloud-
Server („Public Cloud“)
verbunden werden. Die IO-
Link-Informationen werden
aus der Maschinensteu-
erung geholt. Die Maschi-
nensoftware soll nicht
verändert werden.
© 2020 IO-Link Community 13Anwendungsbeispiel 2: Daten einer Fertigungslinie in die Cloud
bringen (IO-Link nachgerüstet) „Brown Field“
Edge-
Gateway
IO-Link
Master
LAN,
WLAN
WAN
IO-Link
Sensor
Nachgerüstete
Fertigungslinie
© 2020 IO-Link Community 14IO-Link Sensoren an bestehende Anlagen nachrüsten
Vorteile:
• Kein Eingriff in bestehende
Maschinen
• Keine Softwareanpassungen in der
SPS nötig
• Auch ältere Maschinen und
Anlagen können I40-tauglich
gemacht werden
• Zentraler Zugriff auf alle
Informationen werks-übergreifend
z.B. Werkzeugmaschine:
Kühlschmiermittel, • => Höhere Anlagenverfügbarkeit
Hydrauliköldruck, -temp. und –füllstand
Spindelüberwachung, Vibration, Drehzahl
© 2020 IO-Link Community 15Drei Anwendungsbeispiele zur Veranschaulichung der Datenflüsse
Bsp.1: „Green Field“ Bsp.2: „Brown Field“ Bsp.3: „Remote Service“
Dezentrale Windenergie-
Anlagen sollen überwacht
und bei Bedarf gesteuert
werden. Zusätzlich sollen
Betriebsdaten erfasst und
Predictive Maintenance
mit Hilfe von IO-Link-
Sensoren durchgeführt
werden. Sowohl
Nachrüstungen bei
bestehenden Anlagen wie
auch Neuausrüstungen
sind denkbar.
© 2020 IO-Link Community 16Anwendungsbeispiel 3: Remote Service von dezentralen Stand-
alone-Anlagen (Windenergieanlagen)
Cloud-
Temperatur, Füllstand, Server
Durchfluss, Druck,
Vibration, Winkel,
Geschwindigkeit
Funk-
Modem
3G / 4G
IO-Link 5G / WAN
Master
Sicherheitskonzepte wie z.B. VPN, E2E-encryption,
Authentifizierung, dynamische Schlüssel, Firewalls
IO-Link
Sensoren etc. für eine gesicherte Datenübertragung sollten
zwingend vorgesehen werden.
© 2020 IO-Link Community 17Anwendungsbeispiel 3: Remote Service von dezentralen Stand-
alone-Anlagen (Windenergieanlagen)
• Fernüberwachung der wichtigsten
Parameter: Leistungswerte, Windgeschwin-
digkeiten, Drehzahlen, Temperaturen aus
der Maschine, Schmierstoffüberwachung,
Aussentemperaturen,
Statuscodemeldungen
• Condition Monitoring: Vibration Getriebe,
Lager und Generator
• Eingriff bei Störungen oder Starkwind
• => Sicherstellung einer Verfügbarkeit >97%
© 2020 IO-Link Community 18Vor-/Nachteile der verschiedenen Datenflüsse
„Green Field“ „Brown Field“ „Remote Service“
Datenfluss IO-Link-Device -> IO-Link- IO-Link-Device -> IO-Link- IO-Link-Device -> IO-Link-
Master -> SPS -> Server Master -> Edge-GW -> Cloud Master -> Modem -> Cloud
Vorteile + alle vorhandenen IOL-Master + keine Änderungen in der + IO-Link Informationen werden
können weiterverwendet werden, vorhandenen Maschinen-Software über Mobilfunk und location-
kostengünstig und Hardware nötig based übertragen
+ weitere Maschinendaten stehen + Flexibilität bei Erweiterungen + Flexibel erweiterbar
direkt zur Verfügung + Bi-direktionaler Kanal
Nachteile - Die IOL-Daten und Kommandos - Zusätzliche Installation der - Security-Anforderungen sind
müssen durch die SPS geschleust Komponenten, Netzwerke separat zu installieren
werden, was Performance-Ein- - Extrakosten
bussen bedeutet - Security im Edge-Gateway
- Einbindung der SPS an die IT-
Infrastruktur, Security
© 2020 IO-Link Community 19Anforderungen an IO-Link Master – I4.0 READY
OT-Feldbus
Damit IO-Link-Master mit der IT- 192.169.195.10
Infrastruktur kommunizieren können
benötigen sie folgende Eigenschaften:
IT Netzwerk
192.168.1.114
Mindestens eine TCP/IP-taugliche Schnittstelle
Viele Feldbus-Schnittstellen können im Kombibetrieb sowohl Echtzeit-Protokolle zur Steuerung hin, wie auch IoT-Protokolle über TCP/IP
bedienen. Eine separate IoT-Schnittstelle sorgt jedoch für eine logische Entkopplung von OT- und IT-Welt und steigert die Performance.
Wichtig ist die Priorisierung der Ausgangsfunktionen der IO-Link-Ports durch die SPS oder den Server, um Konflikten bei der Steuerung der
Anlage vorzubeugen.
IoT-Protokoll implementiert
Je nach verwendeter Software auf dem Server, dem Edge-gateway oder dem IoT-Cloud-Connector erfordert der Master unterschiedliche Protokolle.
Als Beispiele sind zu nennen: OPC-UA, MQTT, RESTful API, XML, JSON oder Modbus-TCP.
Konfigurationsschnittstelle
Je nach Hersteller können IO-Link-Master auf verschiedene Weise konfiguriert werden. Dies kann über das Feldbus-Hardware-Konfigurationstool,
eine integrierte Website oder eine separate PC-Software durchgeführt werden. Natürlich wäre, je nach Applikation, ein Fernzugriff von der IT-
Gegenstelle wünschenswert, um erweiterte Masterdiagnose und etwaige Änderungen oder Erweiterungen durchzuführen.
© 2020 IO-Link Community 20IO-Link SmartSensor-Profile und Industrie 4.0
SmartSensor-Profile wurden definiert um eine herstellerunabhängige, einheitliche Datenstruktur
abzubilden. Dies kommt dem Gedanken von Industrie 4.0 und Big Data sehr entgegen. Damit
können Algorithmen vereinheitlicht werden. Speziell für RTM-Anwendungen stehen einheitliche
Informationen bereit.
Hier ein Beispiel für einen messenden Abstandssensor (optisch, induktiv, Ultraschall etc.):
Somit können die Informationen:
+ Messsignal ok / schwach
+ Objekt optimal erkannt
+ Eingeschränkte Auflösung
+ Untere/obere Warngrenze
+ Keine gültigen Messwerte
in die Datenbank übertragen werden.
© 2020 IO-Link Community 21IO-Link ist der Schlüssel zu Industrie 4.0, weil…
… IO-Link-Devices einfache Signale plus Diagnose, Events, Identifikation, Parameter, u.v.m.
kostengünstig bereitstellen.
… die SPS entlastet werden kann. Regeln, Algorithmen und Wissensbasis befinden sich im
Sensor und auf dem Server.
… Sensoren und Aktuatoren jetzt direkt mit der Managementebene kommunizieren können
und selbstständig Zustände melden und Alarme erzeugen können.
… die Möglichkeiten des Fernzugriffs für Diagnose oder Parametrierung lokal verfügbar sind,
bei Bedarf auch weltweit über die Cloud. Wichtig: Security-Konzept mit e2e-Verschlüsselung.
… es einfach in bestehende Automatisierungsstrukturen integrierbar ist.
… über 330 Hersteller hier eine gemeinsame Sprache sprechen!
© 2020 IO-Link Community 22Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Das neue IO-Link-Buch (2.Auflage) mit über 500 Seiten
ist verfügbar bei Ihrem Buchhändler oder im Online-
Buchhandel.
Neu: jetzt auch in englisch
ISBN 978-3-8356-7377-9 (Print deutsch)
978-3-8356-7378-6 (eBook deutsch)
ISBN 978-3-8356-7390-8 (Print english)
978-3-8356-7391-5 (eBook english)
© 2020 IO-Link Community 23Sie können auch lesen
