Mit Plug & Play ins Industrial Internet of Things

Der Kommunikationsstandard IO-Link schafft die Verbindung zwischen Feldebene und Managementebene und macht Ihren Maschinenpark fit für Industrie 4.0.

Technik und Betriebswirtschaft sind gleichermaßen zahlenorientiert. Aber mit Zahlen ist es so eine Sache. Vergleicht man Studien, die sich mit der Gesamtzahl vernetzter Geräte im IoT und den Wachstumsprognosen beschäftigen, wird man feststellen: Die Aussagen schwanken oft gewaltig. Einig ist man sich nur darüber, dass weltweit mehrere Milliarden Devices über das Internet angesprochen, ausgelesen und gesteuert werden. Und alle Kurven zeigen steil nach oben. Woher aber kommen die Abweichungen?

Den Umfragen liegen unterschiedliche Daten zugrunde. Wie wir alle wissen, ist die richtige Datenbasis ergebnisrelevant. Das gilt noch viel mehr für IIoT-Projekte in der Automatisierung und im Maschinenbau. Um Prozesse transparenter zu gestalten und effizienter zu steuern, um Produktions-Kennzahlen und KPIs in Echtzeit zur Verfügung zu haben, laufen Unmengen an Informationen in die Applikationen. Die unkomplizierte und vollständige Erfassung der dafür notwendigen Daten bis hinunter zur letzten Meile – der Feldebene – ist oft der erste große Stolperstein, der viele mittelständische Unternehmen davon abhält, IIoT-Projekte zu starten, obwohl sie wissen, dass an der Digitalisierung kein Weg vorbeiführt.

Einfacher IoT-Retrofit von Bestandsanlagen mit IO-Link

Auch wir kennen das aus unserer täglichen Arbeit: Kunden scheuen erst einmal die vermeintliche Komplexität von IoT-Projekten. Es herrscht Unsicherheit über die Qualität der Daten. Mitunter mangelt es an internem Know-how (Abb. 1) – vor allem, wenn IoT Use-Cases in gewachsene, heterogene Anlageninfrastrukturen mit unterschiedlichsten Lösungen für Sensorik, Aktorik, Steuerungstechnik und Schnittstellen implementiert werden sollen. Stichwort IoT-Retrofit! Mit der standardisierten IO-Link-Technologie gelingt ein einfacher Einstieg.

Die Älteren unter uns erinnern sich an die umständliche Vor-USB-Ära, als die Peripheriegeräte unserer PCs unterschiedliche Stecker und Schnittstellen besaßen und Treiber erst installiert mussten. Auch für Smartphones, Tablets und Laptops gibt es heute mit USB-C einen einheitlichen Anschluss. IO-Link ist quasi das USB-Pendant im Automatisierungssystem und stellt die erste standardisierte IO-Schnittstelle (geregelt in der IEC 61131-9) bereit. Dieser Standard ermöglicht die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation beliebiger Sensoren und Aktoren und damit die durchgängige Kommunikation von ERP- und Managementsystemen wie Microsoft Dynamics 365 über die Ebene der Steuerung bis zu den letzten Metern der untersten Feldebene (Abb. 2). Fun Fact am Rande: IO-Link wurde bereits 2006 entwickelt und ist damit gerade einmal 10 Jahre jünger als die USB-Technologie.

Das IO-Link System

IO-Link ist eine offene, hersteller- und feldbusunabhängige Schnittstelle für die gesamte – auch bidirektionale – Kommunikation von Messdaten, Schaltzuständen und Zusatzdaten, die von smarten, mit Mikroprozessoren ausgestatteten Feldgeräten geliefert und verarbeitet werden. Mit dem IO-Link-Protokoll können zum Beispiel Diagnosedaten oder Geräteparameter abgefragt und dezentral ausgewertet werden. Unerlässlich für IoT-Anwendungen: IO-Link ermöglicht den Fernzugriff auf alle Sensoren und Aktoren im Feld.

IO-Link-Devices werden einfach und kostengünstig über eine ungeschirmte, dreiadrige Leitung und standardisierte Steckverbinder an den IO-Link-Master angebunden (Abb. 3). Für die Übertragung und anschließende Umwandlung binärer Schaltsignale sowie analoger Signale in digitale IO-Link-Signale sind spezielle Eingänge vorgesehen.

Da der IO-Link-Master mit dezentraler Intelligenz ausgestattet ist, kann er Schalt- und Automatisierungsaufgaben ohne Einbinden der Steuerung übernehmen. Auch der Austausch eines defekten Sensors ist einfaches Plug & Play, denn die Parametrierung ist im Master hinterlegt.

Keine IoT-Lösung ohne Plattform

Dank IO-Link haben wir das Problem mit der Sammlung vollständiger und valider Daten jetzt einfach und kostengünstig gelöst. Wir müssen nicht einmal die Maschinensteuerung austauschen, denn der IO-Link Master kommuniziert mit allen gängigen Feldbus- und Ethernet-Systemen (Abb. 4). Unser erster IIoT-Use Case rückt näher.

Und wie bekommen wir die Daten jetzt vom Shop Floor oder von mobilen Sensoren direkt in unsere IoT-Applikation? Ganz einfach, indem wir IO-Link Master mit integrierten IoT-Gateways einsetzen, die die Daten sammeln und an die IoT-Plattformen weiterleiten. Bei NXTGN arbeiten wir bevorzugt mit dem Microsoft Azure IoT-Hub als zentraler Kommunikationsplattform, die die übermittelten Daten an die spezifischen IoT-Anwendungen weitergibt. Microsoft Azure ist beliebig skalierbar, eignet sich daher sowohl für IoT-Rookies als auch für komplexe Use Cases und die problemlose Integration der Microsoft Cloudlösungen für ERP, CRM und Business Intelligence. Darüber hinaus gibt es praktisch kein Gerät, das nicht problemlos über das IoT-Gateway angebunden und in der Cloud konfiguriert werden kann.

Welche Shop-Floor-Anwendungen eignen sich für den Einstieg in IoT?

• Optimierung der Overall Equipment Efficiency (OEE)/Gesamtanlageneffektivität durch automatische Erfassung von Effizienzparametern wie Anlagenverfügbarkeit, Output und Qualitätsgrad,  Vermeidung kostspieliger Anlagenausfälle über Predictive Maintenance und Zustandsüberwachung (Messung, Erfassung und Auswertung von Parametern wie Temperatur, Druck, Füllstände, Schwingungen, Verschleiß etc.).
• Neugeschäft und Kundenbeziehungsmanagement durch Integration der Businessprozesse
• Anbindung an CRM, ERP und Microsoft Dynamics (automatisches Ticketing bei Reparaturen und Ersatzteilen,  automatisierte Fehlererkennung, Optimierungsberatung des Kunden bei abweichenden Parametern und Kennzahlen) 

NXTGN: vom Sensor zum Geschäftsmodell

Wer uns kennt, kennt unseren (An-)Spruch, in allen Fragen rund um die Digitalisierung gleichzeitig Sparringspartner und Full-Service-Provider für den Mittelstand zu sein. Unser großer Vorteil: Wir beherrschen das Thema sowohl von der technischen Seite als auch aus betriebswirtschaftlich-prozessualer Perspektive.

Gerne führen wir mit Ihnen einen Workshop durch. Gemeinsam ermitteln wir das IoT-Potenzial, das in Ihrer Produktion schlummert. Vereinbaren Sie gleich ein unverbindliches Erstgespräch für weitere Informationen.