Vom Regen in die Cloud

Cloud-Technologien eröffnen der Prozesstechnik neue Möglichkeiten

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06.09.2018 Wetterdaten in die Prozessführung einbeziehen? Warum eigentlich nicht. Cloud-Technologien eröffnen neue Möglichkeiten für die Prozessführung und -optimierung. So lassen sich beispielsweise Wetterdaten aus dem Internet als Prozessvariable einbinden, um schnell auf Ereignisse wie Starkregen zu reagieren.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Aktuell beschäftigt sich die Prozessindustrie mit dem Thema Cloud-Technologien: Wie lassen sich diese einsetzen und welche Vorteile entstehen daraus?
  • Aktuell entstehen immer mehr Ideen, wie sich die Verbindung zwischen Cloud und Prozess gewinnbringend verwenden lässt.
  • Zu den ersten Ansätzen zählen das Heranziehen von Wetter- oder Solar- und Windstromdaten aus dem Internet zur wirtschaftlichen Prozessoptimierung.

1 Phoenix Contact

Die Prozessindustrie beginnt gerade erst damit, die technischen Möglichkeiten von Cloud-Applikationen auszuloten. Bilder: Phoenix Contact

Ob automatisierte Messwarten in den 1970er Jahren, zentrale Leittechnik in den 1980er Jahren – die meisten Neuerungen in der Prozessindustrie wurden von jeher zuerst mit einer gewissen Skepsis betrachtet. Die Anlagenbetreiber fragten sich: Brauchen wir das überhaupt? Sparen wir durch die Verwendung tatsächlich Geld und Zeit ein? Lässt sich die Qualität der gefertigten Produkte so wirklich verbessern? Und ist der Produktionsprozess auch weiterhin sicher? Aktuell beschäftigen sich die prozesstechnischen Unternehmen mit dem Thema Cloud-Technologien: Wie lassen sie sich diese einsetzen und welche Vorteile entstehen daraus? Die folgenden Überlegungen sollen aufzeigen, auf welche Weise diese Technologie die Branche weiterbringen kann.

Heute sind Prozessanlagen auf der Grundlage der klassischen Automatisierungspyramide aufgebaut. Seit rund zwei Jahren wird allerdings intensiv über eine Erweiterung der Pyramide debattiert. Die Erweiterung – als Namur Open Architecture (NOA) bezeichnet – nutzt bisher wenig verwendete Informationen, welche moderne Geräte zur Verfügung stellen. Ohne Einfluss auf den eigentlichen Prozess zu nehmen, werden die Daten der intelligenten Sensoren und Aktoren in einer Art „Datendiode“ ausgelesen und ausgewertet.

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Die grenzenlosen Webdienste können dazu beitragen, Prozessanlagen zu optimieren.

Zu diesem Zweck können innovative Systeme wie die offene Steuerungsplattform PLCnext Technology und die Profi­cloud genutzt werden. Diese Steuerungen sind in der Lage, beliebige Sensoren mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Protokolle parallel zur Prozesssteuerung auszulesen. Die Daten werden dann als Rohdaten oder nach einer Vorverarbeitung innerhalb der Steuerung an die Proficloud weitergeleitet. Hier können sie nun auf verschiedene Arten weiterverwertet und durch zusätzliche Informationen ergänzt werden. Aufgrund der Offenheit der Cloud-Lösung lassen sich die Sensordaten beispielsweise durch Apps der Hersteller sowie von Drittanbietern auf der Grundlage intelligenter Algorithmen analysieren und so der optimale Wartungszeitpunkt vorschlagen. Darüber hinaus können auf Big Data spezialisierte Unternehmen auf Basis dieser Daten Empfehlungen für den Anlagenfahrer generieren.

Auf Webinformationen zugreifen, ohne sich mit Webtechnologien befassen zu müssen

Doch liegen neben den Sensor- noch weitere Daten vor, die zur Optimierung der Prozesse genutzt werden können? Die Antwort darauf gibt eine bereits umgesetzte Applikation. Rund 25 % des niederländischen Staatsgebiets liegen unterhalb des Meeresspiegels, etwa 50 % zwischen Normalnull (NN) und einem Meter über NN. Dem Wasser kommt also eine wichtige Bedeutung in den Niederlanden zu. Daher stellt die dortige Regierung ihren Bürgern offizielle Daten zu diesem Thema bereit. Interessierte Privatpersonen, Unternehmen und Institutionen können beispielsweise Regenvorhersagen, die Pegelprognose von Flüssen oder eine Information darüber abrufen, wieviel Wasser der Nordsee durch den Wind in Richtung Küste gedrückt wird. Auf welche Weise lassen sich diese Daten jetzt an die Prozesssteuerung eines Unternehmens senden?

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Die Proficloud erlaubt den rückwirkungsfreien Zugriff auf die Diagnosedaten gemäß NOA-Konzept.

Hier kommt die Proficloud ins Spiel. Aufgrund der offenen Kommunikation zwischen der Cloud und dem webbasierten Wetterdienst bietet ein Drittanbieter die benötigten Daten punktgenau für jede beliebige Position in den Niederlanden an. Die Wetterinformationen werden der Steuerung dann durch integrierte Clouddienste direkt als Prozessvariable zur Verfügung gestellt. Der Programmierer – in diesem Fall des Sielprozesses – kann somit auf Webdaten zugreifen, ohne sich überhaupt mit Webtechnologien beschäftigen zu müssen. Das übernehmen darauf spezialisierten Software-Entwickler der Cloud-Applikation für ihn.

Das Beispiel lässt sich ebenfalls auf Anwendungen in prozesstechnischen Unternehmen übertragen. Die Industrie beginnt gerade erst mit dem Ausloten der technischen Möglichkeiten. Es ist deshalb davon auszugehen, dass zeitnah immer mehr Ideen entstehen, wie sich die Verbindung zwischen Cloud und Prozess gewinnbringend verwenden lässt. Die Vorhersage des Wartungsbedarfs von Sensoren und vor allem Aktoren stellt lediglich den naheliegendsten Einfall dar. Denkbar sind ferner Prognosen über den erforderlichen Energiebedarf, wobei der von (eigenen) Windenergie- und Solaranlagen produzierte Strom mit in die Berechnungen einfließt. So lässt sich ein Prozess mit großem Energiebedarf zum Beispiel in ein Zeitfenster schieben, in dem das Netz einen hohen Energieüberschuss aufweist und der Strom entsprechend preiswert eingekauft werden kann.

Von den Vorteilen profitieren, ohne dass neue Steuerungen erforderlich sind

Solche und ähnliche Gedankenspiele kommen oftmals erst dann auf, wenn die technischen Rahmenbedingungen zur Realisierung der Ideen vorhanden sind. Mit den neuen informationstechnischen Möglichkeiten, die sich gerade in den Märkten ausbreiten, ist das der Fall. Anwender fragen sich dabei allerdings, ob sie neue Steuerungstechnik installieren müssen, um von den Vorteilen cloudbasierter Lösungen zu profitieren. Oder gibt es einen anderen Ansatz, mit dem sich bestehende Komponenten in die Cloud überführen lassen?

Hier sind bereits Lösungen in Form von IoT-Gateways entwickelt worden. Die Geräte umfassen auf der einen Seite zahlreiche bewährte Schnittstellen. Meist werden sowohl Modbus TCP als Server respektive Client als auch RS232, CAN oder Modbus RTU als Übertragungsprotokoll unterstützt. Die Daten und Signale der an das IoT-Gateway angeschlossenen Komponenten lassen sich durch eine einfache Parametrierung in die Cloud spiegeln. So ist jeder Anlagenbetreiber in der Lage, selbst die seit vielen Jahren existierenden Anlagenteile mit neuster intelligenter Technik fit für die Zukunft zu machen.

Zur Technik: Proficloud und IoT-Gateway

Bei der Proficloud handelt es sich um ein offenes IoT-System. Auf der Plattform können sowohl produzierende Unternehmen als auch Service-Anbieter eigene Webanwendungen aufbauen sowie Dienstleistungen und mobile Anwendungen entwickeln und zur Verfügung stellen. Hersteller nutzen die Proficloud beispielsweise, um ihre eigene Software zur Datenerfassung, -analyse und –visualisierung zu betreiben und die Informationen bei Bedarf weiteren Teilnehmern zugriffssicher anzubieten. Außerdem lassen sich die Daten weltweit aggregieren und durch die Ankopplung an Big-Data-Anwendungen umfassend auswerten.

Das IoT-Gateway von Phoenix Contact bindet Komponenten an die Proficloud an, ohne in die Automatisierungslogik einzugreifen. Durch das abgestimmte Zusammenspiel von Gateway-Hardware und Cloud-Plattform werden Sensor- und Prozessdaten gesammelt und verschlüsselt an Cloud-Anwendungen übertragen, die sie dann weiterverarbeiten. Über das IoT-Gateway können Bestandsanlagen ihre Zustandsdaten ebenfalls an die Proficloud senden, damit Applikationen wie Big Data, Mustererkennung und Condition Monitoring umsetzbar sind. Auf diese Weise erhöht sich die Effizienz der Produktion nachhaltig. Die Parametrierung des IoT-Gateways erfolgt einfach über das Webbased Management direkt auf dem Gerät. Eine zusätzliche Engineering-Software ist nicht erforderlich.

Zur Homepage von Phoenix Contact.

Heftausgabe: September/2018
Claus Vothknecht, System Manager Process Industry, Phoenix Contact Electronics

Über den Autor

Claus Vothknecht, System Manager Process Industry, Phoenix Contact Electronics
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