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Technik - Kommunikationstechnik

IoT-geräte – Im Internet der Dinge wird die Kommunikation noch einmal an Bedeutung gewinnen. Spezialisierte Anbieter wie Hilscher sind darum gut beraten, frühzeitig Lösungen zu entwickeln. Das ist mit der netIoT-Welt bereits geschehen.

19. Februar 2016

Hinter den Schlagworten Industrie 4.0 und Internet der Dinge (IoT) stecken umfangreiche Herausforderungen an die entsprechenden Feldgeräte. »Viel ist im Fluss, und darum haben wir uns intensiv mit dem Themenfeld beschäftigt«, sagt Hans-Jürgen Hilscher, Geschäftsführer der Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH in Hattersheim und seit Urzeiten in der Kommunikationstechnik unterwegs. »Es ist ein globales Thema; und die USA sind ein ganzes Stück weiter als Europa. Darum müssen wir uns an den Gegebenheiten dort orientieren.« Ein wichtiger Punkt dabei sei die konkrete Umsetzung in Geschäftsmodelle.

Außerdem löse sich die klassische Kommunikationspyramide zunehmend auf. »Es gibt in Zukunft eine Interaktion zwischen allen Schichten, vom Feld bis in die Unternehmensebene und die Cloud. Diese neuen Strukturen müssen sich logischerweise auch in unseren Geräten niederschlagen«, sagt Hilscher. Eine Kundenbefragung habe ergeben, dass Daten über die Sensoren in der Komponentenebene zusammengestellt und dann an die Cloud übermittelt werden.

In der Folge werden Feldgeräte darum immer kompakter und zunehmend mit mehr Intelligenz und Funktionen ausgestattet. Ziel ist ein durchgängiges, objektorientiertes Datenmodell vom Feldgerät bis zur Managementebene. Dabei sollen die Objekte neben Real-Time-Ethernet auch mittels IoT-Kommunikation direkt in die Cloud übertragen werden.

Um dem gerecht zu werden, ist das neue netIC IoT entstanden. Hans-Jürgen Hilscher: »Das ›net‹ vor unseren Produkten ist so etwas wie das kleine ›i‹ in der Apple-Welt. Damit wollen wir einen gewissen Wiedererkennungswert schaffen.«

Das netIoT Interface basiert auf dem Multiprotokoll-Chip netX52 und soll dem OEM Flexibilität und einfache Handhabung bieten. Mit diesem System kann der Anwender neben performanter Real-Time-Ethernet-Kommunikation auf dem gleichen Kabel Daten per OPC UA oder MQTT übertragen, und das rückwirkungsfrei und unabhängig von der SPS. Dabei werden alle Nutz- und Servicedaten des Endgerätes unabhängig vom Kommunikationsprotokoll in einem einheitlichen Objektmodell dargestellt.

Jedes Netzwerksystem bietet spezifische Dienste an, die der Anwender meist selbst in seiner Applikation programmieren muss. Darum hat Hilscher netProxy entwickelt. Der Grundgedanke dabei ist die Ausbildung einer geräteorientierten und protokollunabhängigen Objekt- und Dienstschnittstelle zwischen Applikationen und Kommunikation. Diese ermöglicht den Datenaustausch mit wenigen, einfachen Diensten.

Der Gerätehersteller muss nur noch die generische Objektschnittstelle in seine Applikation einbinden und netProxy setzt die Objekte selbstständig in entsprechende Netzwerkdienste um. »Damit kann der OEM seine Anwendung unabhängig erstellen und erhält so ein echtes Multiprotokollgerät. Es verarbeitet als solches alle Real- Time-Ethernet-Slave-Protokolle auf exakt einer Hardware«, sagt Hilscher.

Unterstützung findet der Anwender durch ein intelligentes Engineering-Tool, das ihn durch den kompletten Entstehungsprozess des Endgeräts führt. In diesem Prozess erstellt der OEM das Objektmodell für sein Endgerät, das er genau einmal in seine Applikationssoftware einbinden muss.

Durch die Anbindung an eine Cloud gewinnt auch das Thema »Security« in der Fabrikautomation zunehmend an Bedeutung. Neben den Standard-Sicherungsmechanismen der IT-Infrastruktur müssen Anlagenplaner auch über Sicherheitskonzepte für Feldgeräte und Steuerungen nachdenken. Mit netIC IoT kann der Gerätehersteller weitere Sicherheitsmechanismen einbinden.

Ohne Umweg in die Cloud

Eine zentrale Forderung von Industrie 4.0 und IoT ist, Informationen aus den Sensoren, Aktoren und Feldgeräten in eine Cloud zu übertragen. »Diese Prozesse gestalten sich immer komplexer«, sagt Hans-Jürgen Hilscher. »Die vorhandenen Cloud-Systeme, verbunden mit den wichtigsten Kommunikationsstandards, ergeben sehr viele Kombinationen, die unsere Geräte komplett beherrschen müssen. Dazu gehört auch der Umgang mit den berüchtigten Big Data.« Aber Hilscher sei mit den netIoT Edge Gateways gut aufgestellt. »Bereits im Kommunikationsmodul für Feldgeräte werden die Service- und Nutzdaten in Objekten arrangiert und so zu Informationen geformt.«

Die Gateways koppeln Automatisierungsnetzwerke wie Profinet sicher an eine Cloud. Eingebunden in die Real-Time-Ethernet-Systeme der Steuerungen stehen die Gateways als passive I/O-Feldgeräte im zyklischen Datenaustausch mit der SPS und kommunizieren auch direkt mit IoT-fähigen Feldgeräten. Die so in Echtzeit ausgetauschten Schlüsseldaten der Feldebene werden von und zu Cloud- oder IoT-Applikationen übertragen.

Der webbasierte IoT-Verschaltungseditor Node-RED dient als grafische Benutzeroberfläche zur Modellierung des Datenflusses zwischen Automatisierung und Cloud. Apps und Datensammelprofile lassen sich binnen Minuten mit vorprogrammierten ›Nodes‹ als Funktionsblöcke erstellen. Mit den Nodes OPC UA und MQTT kann der Betreiber IoT-Feldgeräte direkt adressieren. Das ermöglicht den Datenzugriff von der Cloud bis auf die Sensor-Aktor-Ebene.

»Zur Abwicklung der Informationen haben wir in unsere netIoT-Devices eine App-Schicht eingezogen«, sagt Hans-Jürgen Hilscher. »Alle Komponenten sind integriert, so dass sich sämtliche Vorgänge per Tablet oder Smartphone steuern lassen.«

Sicherheit wird großgeschrieben

Die netIoT-Gateways sind für den Dauerbetrieb im Intranet oder Internet ausgelegt. Schutzmechanismen wie physische Trennung von Automations- und Cloud-Netzwerk, das Nutzen signierter Firmware und Apps und Verschlüsselungsverfahren nach höchsten Standards sichern die Datenintegrität und schützen vor unberechtigten Zugriffen. Die Geräte bieten den idealen Zugang für die Konfiguration und Diagnose der Geräte über den netIoT Service. Mit Smart Devices lassen sich so Konfigurationen lesen und laden. Zusätzlich steht die Vielfalt der Cloud-Applikationen während des gesamten Lebenszyklus der Geräte in der Feldebene genutzt zur Verfügung.

Die webbasierte Überwachung der Kommunikationsnetzwerke wird auf dem netIoT Edge Gateway ermöglicht. Topologie, Gerätedarstellungen und statistische Auswertungen sind genauso lokal darzustellen wie auch für Cloud-Applikationen zur Weiterverarbeitung zu nutzen.

Die Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH besteht seit 1986 und beschäftigt heute über 230 Mitarbeiter an zehn Standorten weltweit. Kernkompetenz sind Technologie, Entwicklung und Produktion von industriellen Kommunikationslösungen für die Fabrikautomation. Alle Prozesse sind nach ISO 9001 und 14001 zertifiziert.

Erschienen in Ausgabe: 01/2016