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Digitalisierung

Cloud und Connectivity

Pepperl + Fuchs präsentiert auf der SPS IPC Drives seinen neuesten »Solutions Park«. Dort werden in den Exponaten Sensoriklösungen und verschiedene Konzepte zur durchgängigen Kommunikation von der Feldebene bis in Datenplattformen vorgestellt. Die Schwerpunkte liegen bei Multi-Sensor-Integration, Cloud-Anbindung, Connectivity und einfacher Umsetzung für vernetzte Produktion und Logistik im Sinne von Industrie 4.0.

13. November 2018
(© Pepperl + Fuchs)

Benedikt Rauscher, Pepperl + Fuchs

Die Sensorhersteller finden sich heute mitten in der Digitalisierung wieder. Darauf reagiert Pepperl + Fuchs in Nürnberg mit seinem Solutions Park 2018. Beim Exponat »Connected Customization« ist der Besucher zugleich das Objekt, das die Daten zur Weiterverarbeitung liefert. Diese werden im ersten Schritt von sechs LiDAR-Sensoren der Serie R2000 aufgenommen. Jeder Sensor liefert einen 2D-Scan des Probanden aus einer Perspektive, die Messdaten aller sechs Einheiten werden anschließend zu einer 3D-Punktewolke fusioniert. Dieser Teil des Exponats war auch schon auf der Hannover-Messe im April dieses Jahres zu sehen. In Nürnberg kommt jetzt eine vierte Dimension hinzu: Neben die LiDAR-Sensoren wurden Farbkameras montiert. Ihre Aufnahmen ergänzen nun die Positionsdaten um die Pixel-Informationen wie Farbton, Sättigung und Helligkeit.

»Zustände von Objekten lassen sich zentral und automatisiert erfassen.«

— Benedikt Rauscher, Pepperl + Fuchs

Diese Daten werden zusätzlich in die Punktewolke transformiert. Sie steht in einem standardisierten Format in der NeoNeon-Cloud weltweit zur Verfügung. Mittels eines QR-Codes wird dem Besucher über das Internet ein Zugang bereitgestellt, sodass er zum Beispiel mit seinem Mobilgerät darauf zugreifen kann.

Wer sich auf dieses Experiment einlässt, hat nicht nur die Gelegenheit, sich einmal in 3D und Farbe von allen Seiten zu betrachten, sondern auch sein »4D-Bild« auf die Titelseite einer personalisierten Ausgabe des Messemagazins drucken zu lassen.

Dank des Standardformates können die Daten auch in beliebige Produktions- oder Logistikprozesse eingespeist werden. Ihre Informationstiefe ermöglicht ausgesprochen feinfühlige Lösungen für eine hochkomplexe Maschinensteuerung sowie Navigation. Das Exponat demonstriert außerdem, wie sich hochspezifische Anforderungen in individualisierte Produktionen bis hinunter zu Losgröße 1 übertragen lassen.

Strategischer Zugewinn

Eine zentrale und automatisierte Erfassung der Zustände von Objekten oder auch Assets lässt sich mit einer einfachen und unkomplizierten Nachrüstung auch für bestehende Anlagen realisieren. Ein solcher Schritt in Richtung Industrie 4.0 bringt einen strategischen Zugewinn an Transparenz und eröffnet Optimierungspotenzial.

Ein Beispiel für solche Assets sind Gussformen: Egal ob sie für Beton, Kunststoff oder Schokolade benutzt werden, eine gründliche Wartung oder Reinigung ist jeweils nach einer bestimmten Zahl von Gießvorgängen unabdingbar. Ein ähnlicher Zyklus findet sich auch bei Achterbahnen und ähnlichen Schausteller-Fahrgeschäften. Dort müssen die Fahrzeuge ebenfalls überwacht und nach einer bestimmten Zahl von Durchläufen überprüft und gewartet werden.

In dem Exponat »Cloud-based RFID-Solution« wird ein solcher Zyklus nachgestellt. Die Assets wie Gussformen oder Achterbahnwagen werden hier durch kleine Becher repräsentiert, an denen RFID-Tags befestigt sind. Diese Becher können vom Betrachter sowohl in einen symbolischen »Produktionsprozess« beziehungsweise »Fahrzyklus« als auch in eine ebenso symbolische »Reinigung/Wartung« gebracht werden. In allen Zuständen werden die Becher mithilfe von RFID-Schreib-Leseköpfen erfasst, die direkt in das Neoception Cloud-System arbeiten. SPS-Komponenten sind hierbei nicht erforderlich, und es muss somit auch keine Steuerungssoftware erstellt werden.

Das Cloud-System überwacht und dokumentiert die Bewegungen der Assets mittels der RFID-Tags. So werden die Anzahl der Produktionszyklen und auch das Durchlaufen der Reinigung oder Wartung automatisch registriert. Bei Überschreiten festgelegter Schwellwerte werden Alarme ausgelöst, und es können beispielsweise Nachrichten per SMS oder Mail an den Anlagenführer verschickt werden, damit dieser dann nötige Maßnahmen einleitet. Zugleich stehen die Daten auch für die Planung vorausschauender Wartung bereit.

Komplexer Ansatz

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt auch das Exponat »Sensor Data in the Cloud«, geht aber in der Komplexität sowie bei Tiefe und Bereitstellungsmodus der Information noch wesentlich weiter. Hier geht es um die Überwachung mehrerer Parameter eines Schrittes im Produktionsprozess. Dabei werden auch qualitätsrelevante Daten gesammelt und ausgewertet.

Das Exponat stellt die Trennung zweier Leiterplattenelemente mit einem Schneidgerät nach. Während ein Motor das Messer hin und her bewegt, überwachen zwei optische Sensoren dessen Endpositionen und sorgen für das Umschalten der Bewegungsrichtung. Mittels eines induktiven Sensors wird die Motorgeschwindigkeit gesteuert, der Motor selbst liefert Daten zum Drehmoment. Verschleiß und Verschmutzung werden durch die Zuschaltung von Hindernissen und optischen Filtern simuliert.

Die Sensoren sowie der Motor sind über IO-Link an ein Profinet-Master-Modul von Pepperl + Fuchs angeschlossen, welches sowohl die Verbindung zur SPS realisiert als auch das System über ein Dell-Gateway an die Cumulocity-Cloud von der Software AG anbindet.

Dank dieser Maßnahme lassen sich On-Premise-, SaaS-, PaaS- oder Edge-Computing-Lösungen einrichten. Die Daten stehen in der Cloud zentral auch über längere Zeiträume zur Verfügung. Der Anwender behält einen detaillierten Überblick über die Performance seiner Anlage und kann zum Beispiel ortsunabhängig den Zustand gleichartiger Anlagen vergleichen oder Wartungseinsätze vorausschauend organisieren.

Auch allmähliche Veränderungen von Prozessparametern kann das System jederzeit erkennen und analysieren. Wenn in einer bestehenden Anlage bereits IO-Link-fähige Geräte installiert sind, benötigt der Anwender für solche Konzepte zusätzlich lediglich Gateways.

»Hersteller von Sensoren müssen immer digitaler denken und handeln.«

— Benedikt Rauscher, Pepperl + Fuchs

Überblick über Sensoren

Im Exponat »Internet of Sensors« bekommt der Besucher einen gesamthaften Überblick über die sensorische Ebene des Internet of Things jenseits der fabrikgestützten Industrie 4.0. Modellhaft werden Anwendungen aus den Bereichen Smart City, Smart Logistics und Smart Industry behandelt.

In der Smart City erfassen intelligente, kommunikationsfähige Sensoren zum Beispiel die Füllstände von Altglascontainern. Sie übermitteln ihre Daten per Mobilfunk oder WLAN an kommunale Entsorgungsunternehmen. Diese schicken ihre Fahrzeuge gezielt nur zu vollen Behältern. Überflüssige Fahrten werden auf diese Weise vermieden, Transportkosten sowie CO2-Emissionen eingespart.

Robuste Sensoren mit Drahtlos-Anbindung können bei Smart Industry für Zustandsmeldungen bei technisch einfachen, aber räumlich isolierten Einheiten von Industrieanlagen eingesetzt werden, bei denen eine Vollautomatisierung nicht sinnvoll ist. So gibt es zum Beispiel in größeren prozesstechnischen Anlagen große Anzahlen von Handventilen, die nur selten und ausschließlich manuell betätigt werden. Sensoren können die Zustände solcher Ventile zentral erfassen, sodass zeitraubende und teure Kontrollbesuche an abgelegenen oder schwer zugänglichen Orten entfallen können.

Auch eine smarte Logistik für Schüttgüter wie Sand, Zement, Putz, Flüssiggase oder Treibstoffe wird mit autonom arbeitenden Sensoren ohne großen Aufwand möglich. Der Anwender kann Standorte von Transportbehältern sowie deren Zustände wie Füllstand, Temperatur, Druck oder Ähnliches erfassen und zentral zur Optimierung der Nachschublogistik verwenden. mk

Auf einen Blick

Der Solutions Park von Pepperl + Fuchs

Beim Exponat »Connected Customization« ist der Besucher zugleich das Objekt, das die Daten zur Weiterverarbeitung liefert.

In dem Exponat »Cloud-based RFID-Solution« wird die zentrale und automatisierte Erfassung der Zustände von Objekten nachgestellt.

Beim Exponat »Sensor Data in the Cloud« geht es um die Überwachung mehrerer Parameter eines Schrittes im Produktionsprozess.

Das Exponat »Internet of Sensors« gibt einen gesamthaften Überblick über die sensorische Ebene des Internet of Things.

Erschienen in Ausgabe: Nr. 08 /2018