Edge-Computing Unkonventionelle Schnittstelle für die Datennutzung

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Sie gehören zusammen wie ein Zwillingspärchen: Doch während Clouds im Zuge von Industrie 4.0 avancierten, entfaltet Edge-Computing noch sein Potenzial. Welche Möglichkeiten darin stecken, zeigt eine Schaltgerätekombi von Phoenix Contact.

Wenn Datenmengen auszuwerten oder zu speichern sind, erweist sich eine Anbindung der Anlage in eine Cloud via Internet oftmals als notwendig. Allerdings: In vielen Applikationen müssen die Daten in sehr kurzen Zyklen gesammelt, geprüft und in den Prozess zurückgeführt werden. Bei einem solchen Szenario eignet sich eine Public-Cloud-Lösung schon allein aufgrund der Latenzzeiten im Internet nicht. Für derartige smarten Anwendungen wird daher zunehmend Edge-Computing genutzt. Die auf dem Ecosystem PLC Next Technology basierenden Edge Devices von Phoenix Contact kombinieren dabei die Robustheit bewährter Industrie-PCs mit der offenen Automatisierungsplattform. So lassen sich intelligente IoT-Edge-Konzepte aufbauen. Zur Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette verarbeiten die Edge-Devices die wachsenden Datenmengen und analysieren sie.

Nach der Integration die CE-Kennzeichnung beibehalten

Der Einsatzbereich von Edge-Devices ist weit, denn potenzielle Anwendungsmöglichkeiten finden sich überall dort, wo Daten ausgewertet werden sollen oder dies bereits in der Cloud erfolgt. Zu Beginn der Entwicklung jeder Edge-Applikation stellt sich dem Anwender stets dieselbe Frage: Wie lassen sich die Daten zentral akkumulieren? Das Entwickeln von autonomen Fahrzeugen, eines Ampelsystems oder intelligenter Thermostate, die von der Leistung und Reaktionsfähigkeit eines Edge-Computers profitieren würden, kann ein komplexes Vorhaben sein. Das verwendete Edge-Device muss sich vor allem als flexibel erweisen. Zudem ist eine große Menge an Anlagendaten zu sammeln, die meist von zahlreichen unterschiedlichen Sensoren zur Verfügung gestellt werden, welche von verschiedenen Herstellern stammen. Die Feldgeräte kommunizieren ferner über vielfältige Industrieprotokolle. Häufig handelt es sich darüber hinaus um analoge Daten, die sich nicht ohne Weiteres akkumulieren lassen.

Zum Einsammeln der lokalen Daten bietet sich deshalb die darauf ausgelegte Edge Collection Box von Phoenix Contact an. Über die angeschlossene Sensorik erfasst die Schaltgerätekombination digitale, analoge und Temperatursignale. Die Box lässt sich relativ einfach in ein bestehendes Produktionsumfeld integrieren. Die Daten werden parallel abgegriffen, sodass beispielsweise die CE-Kennzeichnung der Maschinen nicht erlischt. Als Hauptkomponente der Data Collection Box fungiert die PLC Next Control EPC 1502 mit IIoT-Framework. Über das Framework lassen sich Energie- und Prozessdaten auf Basis der bekannten indu­strietauglichen Kommunikationsprotokolle aufnehmen.

Zugriffssichere Übertragung in die Cloud erforderlich

Sind die Daten akkumuliert und lokal über das Edge- Device analysiert, dient das Gerät oftmals als Zwischenschicht zur Cloud. Während das Einsammeln von Daten in vorhandenen Anlagen schon schwierig sein kann, ist zusätzlich eine möglicherweise noch größere Aufgabe zu lösen: Wie werden die zusammengefassten Daten, ausgewerteten Alarme sowie die Analysen des Edge- Devices sicher in die Cloud übertragen?

An dieser Stelle unterstützt eine weitere integrationsfähige Lösung von Phoenix Contact: Die Secure Data Box ist für die gemeinsame Nutzung mit der Schaltgerätekombination Data Collection Box ausgelegt. Sie bildet die sichere Schnittstelle zwischen dem Fertigungsnetzwerk und überlagerten IT-Netzwerken, externen Service-Providern oder Cloud-Systemen.

Nicht autorisierte Zugriffe werden durch die Firewall des eingebauten Security Routers FL mguard blockiert. Die Firewall erlaubt lediglich den notwendigen Datenverkehr, um das segmentierte Netzwerk zu schützen. Optional ist der direkte Zugriff auf das Edge-Device EPC 1502 ebenfalls über die App „mguard Secure Cloud“ möglich. Auf diesem Weg erhält der Anwender sämtliche Informationen über eine Fernwartung.

Mehrwert: Frühzeitige Warnung vor Störungen

Zurück zu den Applikationsbeispielen: Welchen Mehrwert bietet zum Beispiel der Einsatz des Edge-Devices in einem Fahrerlosen Transportsystem (FTS)? Die Offenheit des Edge-Devices schlägt die Brücke von klassischen Steuerungsfunktionen zur Navigation des FTS. Mittels einer Plug-and-Play-Schnittstelle für das Robot Operating System (ROS) lässt sich eine schnelle Anbindung an bestehende Navigationslösungen realisieren. Durch die Unterstützung von Hochsprachenprogrammierung, des ROS-Interfaces und der Docker-Software kann der Anwender außerdem eigene Ansätze direkt auf dem Edge-Device umsetzen. Der Online-Store der PLC Next Technology enthält etliche Apps, sodass das Edge-Device ferner Firmware- und Applikations-Updates an alle anderen Steuerungen senden kann.

Das am „Rand“ des Netzwerks installierte Device bildet somit einen einfachen und gesicherten Einstieg zur Fernwartung des kompletten Systems. Die gesammelten Daten lassen sich lokal in Form von Dashboards ausgeben. Künstliche Intelligenz und deren Algorithmen analysieren Datenpunkte im Hinblick auf Anomalien. Dies schafft die Basis für eine vorausschauende Wartung, denn die Lösung warnt frühzeitig vor ausschlagenden Wellen oder Motoren. Deren sofortige Reparatur trägt zur Minimierung von Produktionsausfällen bei. Durch die untypischen Schnittstellen, die eine traditionelle Steuerung meist nicht zur Verfügung stellt, können Daten direkt per WLAN weitergeleitet werden, was die Verlegung von Leitungen einspart. Der große interne Datenspeicher erlaubt eine lokale Datenspeicherung über einen längeren Zeitraum. Für einen zuverlässigen Betrieb der Fahrerlosen Transportsysteme und der damit einhergehenden Effizienz und Flexibilität erweisen sich Edge-Devices daher mitunter als unerlässlich.

In den einzelnen Anwendungen lässt sich Edge-Computing verschieden realisieren. Bei Großanlagen mit erheblichen Datenmengen, die durch verschiedene Protokolle eingesammelt werden müssen, kann die Kombination der einbaufertigen Edge-Boxen die Umsetzung vereinfachen. Bestandsanlagen lassen sich mit den integrationsfähigen Lösungen, die außerhalb der Maschine verbaut werden und folglich deren CE-Kennzeichnung erhalten, problemlos in Richtung Edge-Computing überführen. In kleineren Anlagen muss das Edge-Device mit vielen unterstützten Protokollen und Apps zur Funktionserweiterung punkten, sodass der Anwender einen Mehrwert bekommt. (pf)

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