So werden aus Sensordaten Informationen. Wie man Industrie 4.0 zum Leben erweckt

Auf der Sensorebene entstehen heutzutage riesige Datenmengen – und nur, wer sie ­geschickt auswertet, kann Industrie 4.0 zum Leben erwecken. Hier kommt ASi-5 ins Spiel: Die neue Generation des standardisierten Feldbussystems AS-Interface bietet eine hohe ­Datenbreite und kurze Zykluszeiten. Damit lassen sich die für die Smart Factory so wichtigen intelligenten Sensoren wie IO-Link leicht in Automatisierungsprozesse einbinden. Zudem übermitteln die ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways von Bihl+Wiedemann mit und ohne inte­grierter Safety-Einheit die Sensordaten über OPC UA in die IT. Hier werden aus ihnen wertvolle Informationen, ohne die Industrie-4.0-Konzepte nicht umsetzbar sind.

Industrie 4.0 steht für den digitalen Umbruch, der alle Bereiche der Industrie grundlegend verändert. Die enorm steigende Computerleistung und verbesserte Vernetzung nehmen natürlich auch massiv Einfluss auf die Automatisierung. Abgesehen von den ganz großen Visionen lässt sich Industrie 4.0 auf folgenden Kern reduzieren: Es wird immer einfacher und kostengünstiger, in einem industriellen Prozess in großem Stil Daten zu erfassen. Und die geschickte Auswertung solcher Daten schafft einen echten Mehrwert.

Ein gutes Beispiel dafür ist TomTom. Der Navigationssystemhersteller hat gemeinsam mit Vodafone schon vor Jahren Handys anonym ausgewertet, die von einer Funkzelle in die nächste wechselten. So gelang es, die Verkehrsgeschwindigkeit auf Autobahnabschnitten zu messen – und zwar ohne dafür Sensoren oder eine Software auf den Handys zu installieren. Und auch in vielen anderen Bereichen entstehen durch die intelligente Auswertung von Daten neue Funktionen.

Um die Daten nutzen zu können, benötigt man allerdings leistungsfähige Netzwerke mit genügend Bandbreite – vor allem Sensoren, die neben Schaltsignalen zusätzliche Informationen wie zum Beispiel Temperaturwerte messen. Die Netzwerke müssen außerdem hinreichend schnell sein, um auch über Zeitmessungen zu Auswertungen zu kommen. Bezogen auf das TomTom-Beispiel heißt das: Nur, wenn die Abtastrate hoch genug ist, lassen sich aus den Positionsdaten auch aussagekräftige Geschwindigkeiten ableiten.

Hohe Datenbreite bei ASi-5
ASi-5, die neue Generation des standardisierten Feldbussystems AS-Interface, bietet eine entsprechend hohe Datenbreite und kurze Zykluszeiten. Neue ASi-5 Slaves von Bihl+Wiedemann können pro Teilnehmer zum Beispiel bis zu 32 Byte E/A Daten zyklisch übertragen: In 1,27 ms übermittelt ASi-5 insgesamt bis zu 8 Byte pro Teilnehmer. Vorteilhaft ist, dass zusätzlich zu den zyklischen Daten auch weitere Daten wie Parameter und Diagnose transportiert werden können. Die Datenbreite von ASi-5 reicht demnach selbst für anspruchsvolle Applikationen aus.

ASi-5 Geräte von Bihl+Wiedemann verfügen damit über wertvolle Daten im Sinne von Industrie 4.0. Die interessanten Daten stammen zwar von den Sensoren, die jedoch über AS-Interface mit den Gateways von Bihl+Wiedmann verbunden sind. Neben den Sensordaten liefern die Standard und Safety Gateways darüber hinaus auch Diagnosedaten. Mit ihrer Hilfe lassen sich etwaige Fehler wie ein gekapptes Kabel schnell finden und beheben.

Gateways entlasten die Steuerung
Kernfunktion der ASi-5/ASi-3 Feldbus Gateways von Bihl+Wiedemann ist die Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren – und zwar über ein einziges zweiadriges Profilkabel. Hierdurch wird der Verdrahtungsaufwand drastisch reduziert. Die Geräte sind mit ihrer Feldbus-Schnittstelle typischerweise an eine Steuerung angeschlossen. Im IoT-Jargon gehören sie damit zur Operational Technology (OT). Die Datensammlung und -auswertung ist dagegen der IT zugeordnet und darf die OT nicht belasten oder stören.

Aus diesem Grund ist die Diagnoseschnittstelle der Gateways von Bihl+Wiedemann eine ideale Lösung. Sie kann der IT zugeordnet werden und liefert wertvolle Diagnosedaten, während die OT die Feldbus-Schnittstelle verwaltet. Die Gateways sind als Schnittstelle von IT und OT sogenannte „Edge Devices“. Zudem sind sie der dezentralste Teilnehmer beziehungsweise der erste Teilnehmer in der Automatisierungspyramide, der über Internetprotokolle reden kann. Sie entlasten auf diese Weise die Steuerung von Dingen, mit denen sie nichts zu tun haben soll.

ASi-5 integriert IO-Link Sensoren
Die Daten der angeschlossenen Sensoren können heute schon per OPC UA abgerufen und gesammelt werden – ganz unabhängig von der Operational Technology. Intelligente Sensoren verfügen mittlerweile meist über eine IO-Link Schnittstelle. Diese ist im Sinne des Internet of Things sehr gut geeignet, kann aber in Ermangelung von TCP/IP nicht in IT Netze integriert werden. Über ASi-5 lassen sich solche Sensoren jetzt leicht einbinden und deren Daten über die OPC UA Schnittstelle der ASi Gateways in die IT übermitteln.

Steigende Security-Anforderungen
Durch die starke Vernetzung von Industrie 4.0 Geräten gewinnt das Thema Datensicherheit enorm an Bedeutung. Schließlich kann jedes Gerät mit Zugang zu anderen Geräten in einem Netzwerk als Angriffsplattform genutzt werden. Es wird damit zum Vehikel für Angriffe auf andere Geräte. Aus diesem Grund steigen die Anforderungen an die Security von vernetzten industriellen Geräten sehr schnell an.

Durch die lange Einsatzdauer von industriellen Geräten ist eines sicher zu erwarten: Schwachstellen in der Gerätesoftware müssen noch lange nach Verkauf der Geräte gefunden und behoben werden. Um die Datensicherheit zu gewährleisten, bietet Bihl+Wiedemann authentisierte Verschlüsselungsverfahren wie AES-256 mit SHA bis 512 oder RSA an. Darüber hinaus werden kundenspezifische Zertifikate für TLS und die OPC UA Kommunikation unterstützt. Dadurch lassen sich die Geräte nahtlos in bestehende IT Security Konzepte integrieren. Des Weiteren gibt es bei Bihl+Wiedemann die Möglichkeit, signierte Software-Updates zu nutzen, die vom Gerät vor Benutzung authentisiert werden. Software-Updates und OPC UA lassen sich aber auch lokal am Gerät sperren – ein zuverlässiger und absoluter Schutz.

Viele Daten einfach, kostengünstig und effizient einzusammeln und auf direktem Weg dorthin zu transportieren, wo sie – in welcher Form auch immer – verwendet werden können: ASi-5 und die aktuelle Gateway-Generation von Bihl+Wiedemann bietet ideale Voraussetzungen, damit aus der Menge verfügbarer Daten wertvolle Informationen im Sinne von Industrie 4.0 werden können.