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Industrielle Datenintegration – Aggregierung und Logging industrieller Prozessdaten durch Integration heterogener Datenströme

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Prozessdaten

Die Integration der in industriellen Prozessen anfallenden heterogenen Datenströme ermöglicht die Optimierung der Wertschöpfung. Die Aggregierung und das Logging bilden die Grundlage.

Was ist industrielle Datenintegration?

Das Industrial Internet of Things (IIoT) ist ein sehr weit gefasster Oberbegriff für eine Vielzahl an möglichen Nutzungsszenarien der Grundidee vernetzter Geräte. Industrielle Datenintegration ist dabei ein wichtiger Aspekt. Gemeint ist die Erfassung und weitere Nutzung der bei industriellen Prozessen entstehenden Daten, die einerseits dem Zweck der Überwachung in Echtzeit, andererseits aber auch der späteren Analyse und Optimierung der Prozesse dienen kann.

Herausforderungen bei der industriellen Datenintegration

In vielen Unternehmen sind Anlagen in Betrieb, die keinen homogenen Zugang zu den Prozessdaten erlauben, sondern aus Komponenten verschiedener Hersteller bestehen und sehr unterschiedliche Schnittstellen haben. In diesem Beitrag sollen drei mögliche Anwendungsszenarien der SEEBURGER Business Integration Suite aufgezeigt werden, die einen Beitrag zur verbesserten Zugänglichkeit der Prozessdaten leisten können. Im 2019 abgeschlossenen Forschungsprojekt „KoKoMo“ konnten diese Lösungen bereits validiert werden.

1. Industrielle Datenintegration fĂĽr die Aggregierung von Shop Floor Daten
Standards wie OPC UA, ausfĂĽhrlicher beschrieben in unserem Blogbeitrag OPC UA als Standard fĂĽr IIoT-Anwendungen, erlauben eine Vereinheitlichung des Zugriffs unter semantischen Aspekten. Oft entsteht dann eine Situation wie sie in Abb. 1 prototypisch dargestellt ist:

  • Im Shop Floor gibt es zahlreiche Komponenten (z.B. SPS, Robotersteuerung, Werkzeugsteuerung), die ĂĽber einen angebundenen OPC-UA-Server aktuelle Werte einzelner Parameter bereitstellen.
  • Um diese zielgerichtet (und eventuell in reduzierter Anzahl) zur VerfĂĽgung stellen zu können, soll ein einzelner Server alle Daten einer Anlageneinheit zusammenfassen und „nach auĂźen“ bereitstellen.
  • Diese Aufgabe der Aggregierung kann die SEEBURGER Business Integration Suite mit ihrem seit dem Release 6.7.89 (bzw. 6.5.2 SP89) mitgelieferten OPC-UA-Adapter ĂĽbernehmen.
BIS OPC UA
Abb. 1: SEEBURGER BIS zur OPC UA Aggregierung

2. Industrielle Datenintegration fĂĽr das Logging von Prozessdaten
Ein OPC-UA-Server im Modus Data Access (DA) überschreibt den Wert eines Knotens, sobald ein neuer Wert vorhanden ist, sofern nicht explizit für die Persistierung vorheriger Werte, zum Beispiel auf Basis des Teils 11 der OPC-UA-Spezifikation (Historical Access Server) gesorgt wird. Die Rolle eines solchen OPC-UA-Loggings kann ebenso der SEEBURGER Business Integration Server mit dem bereits erwähnten OPC-UA-Adapter übernehmen (s. Abb. 2 rechte Seite). Bei jeder Änderung eines Werts im angebundenen OPC-UA-Server würde dieser dann, zusammen mit einigen Metadaten wie dem Zeitstempel, in eine Datenbank oder einen Data Lake geschrieben. Basierend auf diesen historischen Daten sind zahlreiche Analysen denkbar.

Datalake
Abb. 2: Gateway und Logger

3. Industrielle Datenintegration fĂĽr das Monitoring von Prozessen
Eine weitere Anwendung ist das Monitoring der durch den OPC-UA-Server abgebildeten Prozesse in Beinahe-Echtzeit, wobei die SEEBURGER Business Integration Suite als Gateway fungiert, zum Beispiel zwischen dem OPC-UA-Server und einer angebundenen Monitoring-Oberfläche in Form eines grafischen Dashboards. Auch die Definition von kritischen Messwerten oder ähnlicher Rahmenbedingungen ist möglich und bei Überschreiten würde eine Nachricht oder eine andere Aktion ausgelöst. Die hier auf der Basis eines OPC-UA-Szenarios beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten sind zumindest grundsätzlich auch auf andere Protokolle übertragbar.

Prozessoptimierung durch industrielle Datenintegration

Die in vielen Industrieanlagen bekannte Heterogenität der vorhandenen Standards und Protokolle kann mit Hilfe der SEEBURGER Business Integration Suite verringert werden. Dies ermöglicht die tiefergehende Verwendung der aggregierten Daten im Sinne eines gesteigerten Mehrwerts zur Optimierung der eigentlichen Prozesse.

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Ăśber den Autor:

Marcus Schneider
Dr.-Ing. Marcus Schneider arbeitet im SEEBURGER Research an der Integration der umfangreichen Datenströme im Bereich IoT und Industrie 4.0 vom Shop Floor bis zum Top Floor, insbesondere auf Basis moderner Standards wie OPC UA. Er promovierte am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) über das Informationsmanagement bei der kollaborativen Montage variantenreicher Produkte. Als Projektleiter im durch das BMBF geförderten Projekt KoKoMo (Kompetenz Kollaborative Montage) beschäftigte er sich mit der prototypischen Umsetzung von Integrationslösungen in mehreren Anwendungsfällen der Industriepartner auf Basis der SEEBURGER Business Integration Suite.

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