Referenz
Der Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit und Effizienz liegt in der Vernetzung

Aus der nachhaltigen Waschstraße ins industrielle Internet der Dinge

Die Daten in der industriellen Fertigung liegen bereits vor – sie müssen aber noch zusammengebracht werden. Dabei hilft das industrielle Internet der Dinge (IIoT), dass seine Stärken am besten ausspielt, wenn eine durchgängige Datenerfassung und -auswertung gewährleistet ist. Am meisten profitieren Unternehmen dabei von der Verwendung offener Standards. Die Praxis zeigt, wie das Internet der Dinge die Industrie revolutioniert – und was Autowaschanlagen damit zu tun haben.

Das Internet der Dinge ist ein großer Begriff: In der Industrie verspricht das Konzept die flexible Realisierung der Maschinenkommunikation, um so die eigene Produktion zukunftssicher zu gestalten. Allerdings ist dies nach wie vor nicht der Standard, denn der Weg von der Feldebene bis in die Industrial Cloud benötigt eine entsprechende Infrastruktur. Aktuell stellt die größte Herausforderung für den Einsatz des Industrial IoTs die Bereitstellung der Daten dar: Die relevanten Parameter müssen erst einmal definiert, digital erfasst und aufbereitet werden, bevor sie in der Cloud oder auf dem Server gespeichert werden können. Die passende Infrastruktur ist also essenziell, um das industrielle Internet der Dinge möglich zu machen.

Um die nötige ganzheitliche Vernetzung von der Feldebene bis in die Cloud zu erzielen, müssen verschiedene Akteure effizient zusammenarbeiten. WAGO hat deshalb ein internationales IoT-Partnernetzwerk aufgebaut, eine strategisch-technologische Initiative mit Partnern aus den Bereichen Low Code/no-code, Security, OT/IT Integration und IT-Software-Unternehmen. Darüber hinaus befinden sich auch Technologiepartner innerhalb des Netzwerkes, um z. B. das Mass Deployment der WAGO Hardware zu ermöglichen. Damit bündelt WAGO die Kompetenz vieler unterschiedlicher Unternehmen und erweitert seine offenen Linux-basierten Steuerungen um das Domänenwissen der jeweiligen Partner, wodurch den Kunden eine ganzheitliche End-to-End Lösung angeboten werden kann. Denn im Internet der Dinge ist keine Lösung wie die andere: Je nach Anwendungsfall sind bedarfsgerechte Systeme notwendig, um das optimale Ergebnis zu erhalten. Dies gilt genauso in der industriellen Fertigung wie in Anlagen des alltäglichen Lebens, wie etwa in einer Autowaschstraße.

Chemikalienoptimierung dank Datenerfassung

Kunden sehen sich in den unterschiedlichsten Bereichen mit Herausforderungen konfrontiert, die mit dem Industrial IoT gelöst werden können. Ein Chemikalienhersteller hatte konkret das Problem, für seine Kunden, in diesem Fall Autowaschanlagenbetreiber, smarte Datenlösungen im Mass Deployment umzusetzen. Das Ziel des Hersteller war es, den Verbrauch von Chemikalien zu monitoren, Serviceeinsätze und Lagerbestände zu reduzieren und die Lieferkette zu optimieren. Die Datenerfassung- und -verarbeitung ist allerdings in einer Waschanlage ein komplexes Unterfangen, ähnlich wie in der Industrie. Denn es braucht beides: auf der einen Seite hochspezialisiertes Domänenwissen aus dem Bereich Waschanlagenfertigung und -prozesstechnik, und auf der anderen Seite Automatisierungs- und Programmierkenntnisse.

Bei einer Waschstraße interagieren verknüpfte Maschinen oder Anlagenteile miteinander: Die Reinigungsanlagen müssen auf die Fahrspur abgestimmt sein und sich so drehen, dass keine Schäden entstehen. Außerdem dürfen Reinigungsmittel nur sparsam eingesetzt werden. Schließlich sind Chemikalien in der Waschanlage nicht nur teuer, sie können auch die Umwelt belasten. Bisher erfolgt die Erfassung von Chemikalienverbräuchen in Waschanlagen oftmals nur sporadisch. Der Wunsch des Chemikalienherstellers und Waschanlagenbetreibers war es daher, eine genaue Aufschlüsselung über die Verbräuche zu erhalten. Um entsprechende Systeme zu implementieren, benötigt es spezialisierte Firmen, wie das folgende Beispiel zeigt.

Mit dieser umfassenden Herausforderung ging der Chemikalienhersteller auf WAGO zu, da Fachwissen aus der Automatisierung und produzierenden Industrie benötigt wurde. Es erfolgte ein Wechsel von der bisher verwendeten Hardware zu einer WAGO PFC200-Steuerung, in Kombination mit einem WAGO Edge-Computer als Weg in die Cloud. Um ein applikationsspezifisches Mass Deployment bieten zu können, griff WAGO auf Kompetenzen aus dem IoT-Partnernetzwerk zurück. Konkret wurde Prescient mit einbezogen – ein Unternehmen mit Sitz in Concord, Massachusetts. Prescient befähigt Dateningenieure, Low-Code-Edge-Datenlösungen aus der Cloud heraus zu entwerfen, vorzubereiten und für den Betrieb an der Edge bereitzustellen.

Umgesetzt wurde die Applikation mit der hauseigenen Prescient Designer Software, die auf NodeRED basiert, und so die schnelle und einfache Umsetzung von komplexen Edge-Projekten ermöglicht. Damit konnte eine schnelle und effiziente Smart-Data-Lösung implementiert werden, welche auf der Feldebene beginnt, wo Betriebs-, Maschinen- und Logbuch-Daten unter anderem über digitale oder analoge Signale, diverse Feldbusse oder auch Energiezähler erfasst werden. Die Edge Devices und die Steuerung verarbeiten die Daten zu einem Modell vor, bevor sie in der Industrial Cloud analysiert werden. Als Frontend-Lösung kommt eine webbasierte Applikation zum Einsatz, welche durch die vom Backend gewonnenen Daten gespeist wird. Dieser moderne Software-Architektur-Ansatz, die Trennung zwischen Front- und Backend, ermöglicht es, in Zukunft sowohl die Automation als auch die Webanwendung unabhängig voneinander zu bearbeiten und auf dem neuesten Stand zu halten.

Um eine optimale Integration des Prescient Designers zu gewährleisten, muss die Hardware nativ mit NodeRED arbeiten. Deshalb war der WAGO PFC200 mit den Open-Source-Fähigkeiten seines Linux-Betriebssystems die bestmögliche Wahl. Der PFC200 verwendet einen Docker-Container, der über Modbus Zugriff auf die I/O Module ermöglicht. Containerisierung, beispielsweise mit Docker, bietet individuelle Gestaltungsmöglichkeiten bei der Programmierung durch den Zugriff auf vorgefertigte Container und die Integration von 3rd-Party Elementen. Docker-Container, die für die WAGO-Hardware optimiert wurden, sind auf dem WAGO-GitHub-Account frei verfügbar und ein gutes Beispiel dafür, wie Open Source den Kunden generell mehr Flexibilität bei der Lösungsfindung bietet.

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Das kombinierte Know-how von Prescient und WAGO in den Bereichen Hardware, Software, industrielle Systeme sowie Implementierung und Support von Lösungen hat dieses Projekt zum Erfolg geführt. Prescient hat die Software-Infrastruktur für den Aufbau verteilter IIoT-Anwendungen geliefert und WAGO das nötige Hardware Know-how sowie Lösungskompetenz für den Kunden.

Andy Wang, CEO von Prescient

Der digitale Zwilling in der Waschstraße

Mittels des oben beschriebenen Ansatzes ist es möglich, vom physikalischen Prozess einer Chemikalienlieferung für Autowaschanlagen einen digitalen Zwilling zu generieren. Der digitale Zwilling zeigt die erfassten Daten in Echtzeit an und erlaubt es so, Anpassungen vorzunehmen, mit denen die Effizienz und Nachhaltigkeit des eigenen Arbeitsprozesses gesteigert wird. Perspektivisch können so in Kombination mit den bereits erhobenen Daten auch Trends identifiziert werden, die weiteren Aufschluss über den Ressourcenverbrauch geben. WAGO und Prescient haben mit dem Chemikalienhersteller einen Weg gefunden, ein digitales Lösungsgeschäft für einen klassischen Hardware-Lieferanten (in diesem Fall Chemikalien) zu generieren.

Dank des Internets der Dinge kann nun der Chemikalienverbrauch optimiert und der Einsatz nachhaltiger gestaltet werden. Außerdem ist so eine Vorhersage über zur Neige gehende Chemikalien und Serviceeinsätze möglich. Die Mitarbeiter vor Ort können Reparaturen und Lieferungen planen, sodass ein Stillstand des Prozesses nicht notwendig ist. Die Waschstraße wird dadurch zu einem Beispiel für eine Großanlage, die durch die vernetzten Maschinen von Grund auf bereits viele Daten bereitstellt.

Das kombinierte Know-how von Prescient und WAGO in den Bereichen Hardware, Software, industrielle Systeme sowie Implementierung und Support von Lösungen hat dieses Projekt zum Erfolg geführt. Prescient hat die Software-Infrastruktur für den Aufbau verteilter IIoT-Anwendungen geliefert und WAGO das nötige Hardware Know-how sowie Lösungskompetenz für den Kunden.

Andy Wang, CEO von Prescient

Was für Waschanlagen gilt, ist genauso auch auf den industriellen Produktionsprozess übertragbar. Denn auch dort fallen in der Fertigung Unmengen an Daten an, aus denen wertvolle Rückschlüsse für die Effizienz der Produktion gezogen werden können. Dabei wird mehr und mehr Rechenleistung benötigt, um die Aufgaben zu bewältigen. Moderne Edge Devices verarbeiten die Daten in Echtzeit und bieten so die entsprechende Leistung für Analysen und Optimierungsalgorithmen. Der Hauptvorteil der Edge-Geräte: Zum einen wird so eine latenzfreie Datenverarbeitung sichergestellt, zum anderen können die Daten entsprechend aggregiert und vorverarbeitet werden, um den Datentransfer in mögliche Cloud-Infrastrukturen zu optimieren und Kosten zu senken. Dadurch werden die Steuerungen entlastet, sodass sie sich auf ihre originäre Steuerungsaufgabe mit geringer Latenz und hoher Deterministik fokussieren können.

Offene Automatisierung führt zum Ziel

Über den genannten Lösungsansatz hinaus liegt die Zukunft der industriellen Fertigung in der Verknüpfung von OT und IT. Je nach Anwendungsgebiet kommt das Industrial IoT auch in der Gebäude- oder Energietechnik zum Einsatz – überall dort, wo die Wertschöpfungskette vernetzt und dadurch optimiert werden kann.

Eine besondere Rolle spielt dabei die Offenheit auf allen Ebenen der Automatisierung. In der Programmierung setzt WAGO daher auf CODESYS V3, wodurch viele Möglichkeiten offenstehen. So lässt sich eine durchgängige Verbindung von der Feldebene bis in die Cloud realisieren, die auf einer umfassend vernetzten Infrastruktur aufbaut. Über 500 I/O-Module und Schnittstellen sorgen für eine individuelle Anpassung an unterschiedliche Bedarfe. Natürlich kommt auch die IT-Security nicht zu kurz: Alle Entwicklungsprozesse in der Automatisierung bei WAGO erfüllen die Anforderungen nach IEC 62443-4-1. Gleichzeitig erhöhen Standards wie OpenVPN, SSL, SSH, IPsec und Firewall die Sicherheit beim Einsatz der WAGO Controller.

In Zeiten, in denen eine hundertprozentige Verfügbarkeit von Maschinen der Standard ist, ist der Sicherheitsaspekt – neben der intelligenten Nutzung der Daten – unverzichtbar. Gleichzeitig werden Bedarfsprognosen und die Transparenz der Lieferkette, die über die Datenerfassung realisiert werden, in Zeiten von wirtschaftlicher Instabilität ebenfalls immer wichtiger. Das Internet der Dinge legt so den Grundstein für die erfolgreiche Industrie von morgen – und zwar transparent, vernetzt und zuverlässig.

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