In Kooperation mit Wago : Was ist der Schlüssel zur digitalen Transformation?

Feldsignalintegration, horizontale Vernetzung, vertikale Vernetzung, IT- Security und Modularisierung: „Aus unserer Sicht sind dies die wesentlichen Eigenschaften, die eine Smart Factory ausmachen“, erklärt Radoslav Vassilev, Geschäftsführer bei Wago Österreich. „Die Integration erfolgt natürlich Schritt für Schritt und je nach Bedarf. Wir zeigen auf, wie der Übergang mit unseren Technologien schrittweise und sowohl mit skalierbarem Aufwand als auch planbarem ROI erfolgen kann“.

Dreh- und Angelpunkt der digitalen Transformation ist zunächst die Adaption des Fertigungsprozesses durch die Sensorik. Sensoren sind ohnehin für die Automation im Produktionsmodul enthalten, jedoch müssen für eine vollständige digitale Transformation des physikalischen Produktionsablaufes auch Komponenten erfasst werden, die bisher rein passiv waren – wie zum Beispiel ein Lagerbehälter, ein Transferband, eine Rohrleitung oder ggf. auch das Produkt selbst. Zudem müssen Verschleißobjekte wie Lager an Motoren und Antrieben für eine vollständige Digitalisierung erfasst werden. Bis zum kleinsten Bestandteil im Fertigungsprozess benötigen damit alle an der Produktion beteiligten Komponenten ihre digitale Adaption.

Daher gehört die Sensorik – und vor allem deren Integration – zu den eigentlichen Befähigern einer digitalisierten Fabrik: „Das vollständige digitale Prozessabbild ist elementar, um Prozesse gezielt lenken zu können“, sagt Vassilev. Die Integration dieser neuen Vielzahl unterschiedlichster Sensoren in möglichst kosteneffizienter Weise ist damit ein Grundpfeiler der digitalisierten Fabrik und eine große Herausforderung, auf die Wago mit seinem I/O-System reagiert. Wago bietet hiermit eines der vielfältigsten Systeme für die Sensorintegration im Markt an.

Der Produktionsablauf ist in mehrere Fertigungsschritte aufgeteilt. Um auch hier einen optimalen Produktionsprozess zu schaffen, sind alle beteiligten Produktionsinseln miteinander zu vernetzen. Dies ermöglicht auch die „Modul-zu-Modul“-Kommunikation, sodass sich Fertigungsinseln untereinander und ggf. mit dem Produkt abstimmen, ohne den überlagerten Produktionsleitrechner zu benötigen.

Die Multikommunikationslinien der Wago Controller aus der PFC-Familie bieten für diese Anwendung die Voraussetzung, um aus einem Knoten mehrere Clients mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen bedienen zu können. So kann aus dem Controller beispielsweise die Kommunikation zu den vor- und nachgelagerten Fertigungsinseln durchgeführt werden – darüber hinaus per Bluetooth zum Produkt selbst und über Ethernet-TCP/IP zum überlagerten Produktionsführungssystem. Dies alles mit getrennten Kommunikationspfaden im Controller: Diese Multikommunikationseigenschaften sichern die Wago Controller zu.

Die Cloud-Vernetzung auf im Internet öffentlich verfügbare Server – bezeichnet als „Public Cloud“ – erzeugt große Bedenken, da dies unter Umständen den Zugang auf den Produktionsprozess weltweit öffnet. Bei der vertikalen Vernetzung der digitalisierten Fabrik sollte daher bewusst zwischen der offenen Cloud-Anwendung und der vertikalen Vernetzung auf externe, aber nach wie vor zum Unternehmen gehörende Fertigungsrechner unterschieden werden. Wie bei der horizontalen Vernetzung ermöglicht der Multikommunikationszugriff auf die Wago Controller den Zugriff unterschiedlicher Clients auf die Steuerung. Damit lassen sich Zustandsinformationen wie Run/Stop, Verbindungsstatus, Geräteinformationen sowie im IEC-Programm definierte Variablen in die Cloud senden und visualisieren. Über die Programmierung lassen sich die Variablen definieren, die in die Cloud übertragen werden sollen oder die zu schützen sind. Sensible Daten verlassen das Unternehmen auf diese Weise nicht.

Ob der Controller die Daten zu bekannten Cloud-Anbietern wie Microsoft Azure, Amazon Web Services oder IBM Bluemix schickt, bleibt dem Anwender überlassen. Mit der Cloud Data Control bietet auch Wago eine Lösung, die das Bindeglied zwischen den Elementen der realen und digitalen Welt darstellt. Sie verwaltet und überwacht alle Wago Controller PFC sowie deren Applikationen und Daten. Zudem lassen sich Anbindungen an Third-Party-Lösungen unter anderem mittels des MQTT-Protokolls ebenso realisieren, wie an eigene Kundenserver mit OPC-UA-Kommunikation.

Wo Produktionsdaten erfasst und übertragen werden, spielt das Thema IT-Security eine ganz wesentliche Rolle. Produktionsdaten sind ein wertvolles Gut, das es besonders zu schützen gilt. Mit seinem beschriebenen Multikommunikationszugriff fällt den Wago PFC-Controllern und -Kopplern damit eine große Verantwortung zu. Die Steuerungen verfügen mit ihrem Linux®-Betriebssystem über Verschlüsselungsstandards gemäß TLS1.2 (SSH, FTPS, HTPS etc.) und bieten Onboard-VPN-Funktionalität, basierend auf dem sogenannten Strongswan-Package, einer sicheren Kommunikationslösung für Linux®-Betriebssysteme. Bei der Kommunikation mit einem Controller wird eine verschlüsselte LAN/ WLAN-Verbindung aufgebaut.

Der Aufbau einer VPN-Verbindung erfolgt gemäß den Standards OpenVPN und IPsec. Während IPsec auf Betriebssystemebene im Layer 3 verschlüsselt ist (Layer 1 = physikalische Kommunikation, Layer 2 = Telegrammaufbau), sorgt OpenVPN auf der Anwendungsebene (Layer 7) für Datenintegrität. So entstehen abhör- und manipulationssichere Kommunikationsverbindungen zwischen den Controllern und den Netzzugangspunkten. Die Controller der PFC100-/PFC200-Familie von Wago enthalten einen integrierten Managed Switch, mit dem sich Linien oder redundante Ethernet-Verbindungen realisieren lassen. Damit ist eine durchgängige Integration in Ringstrukturen, beziehungsweise eine redundante Ankopplung an die Netzwerkinfrastruktur möglich. Abschaltbare Ports, MAC-Whitelisting sowie Firewalls erhöhen die Sicherheit zusätzlich.

Die PFC100/PFC200 zeichnen sich durch ein plattformübergreifendes Realtime Linux aus, das als Open-Source-Betriebssystem langzeitverfügbar, skalierbar und updatefähig ist und Tools wie Rsync unterstützt.

Durch immer kürzere Produktlebenszyklen, gepaart mit dadurch kleineren Stückzahlen bis zur individuellen Fertigung der Losgröße 1, ist die Produktion gefordert, sehr flexibel und wandlungsfähig auf diese Anforderung zu reagieren – ohne dabei die Fertigungskosten zu steigern. Die benötigte Wandlungsfähigkeit ist nur mit einer Modularisierung des Produktionsprozesses zu schaffen. Dies gilt nicht nur für die Produktionsmodule, sondern auch für die Automation des gesamten Fertigungsprozesses. Dazu hat Wago in 2015 die DIMA-MTP-Methodik vorgestellt, die inzwischen auf dem Weg zur internationalen Standardisierung ist.

Inhalt ist die Standardisierung der Schnittstelle zwischen den Fertigungsmodulen und dem übergeordneten Produktionsleitrechner. Durch diese Standardisierung können ohne Anpassung am Produktionsleitrechner Fertigungsmodule getauscht werden. Vergleichbar mit einem Tauschen von Druckern am PC, die durch den standardisierten Druckertreiber sofort wieder zur Nutzung aktiv sind, hat das DIMA-MTP Konzept ebenfalls einen Softwaretreiber für das Produktionsmodul: das „Module Type Package“ (MTP). Bei Wago ist die Erzeugung des MTP nach der Programmierung im Wago Engineering e!COCKPIT auf Knopfdruck möglich.

Eingebettet in die Methodik DIMA ist das MTP damit ein wichtiger Baustein, um die Industrie-4.0-An-forderungen nach modularen Anlagen zu lösen, die nicht nur modular gebaut, sondern ebenso modular automatisiert sind und damit einen wesentlichen Grundstein für die autarke, selbstverwaltende Fabrik legen.

Mehr Informationen finden Sie in einem exklusiven Whitepaper hier: https://www.wago.com/digitale-zukunft/at/