Einbindung älterer Sensoren über ein Gateway

Den Partnern ist es ein Anliegen, dass Anwender die Potenziale, die ein Großteil der Prozessmesstechnik, ausgestattet mit Hart- oder Feldbusschnittstellen, seit Jahrzehnten bietet, in Zukunft wirklich ausschöpfen können. Fast alle Feldgeräte übertragen neben der primären Messvariablen über das digitale Hart-Protokoll Diagnoseinformationen hinsichtlich ihres Zustands sowie weitere Prozesswerte. Zusätzlich zum Durchfluss erfassen beispielsweise magnetisch-induktive Messgeräte die Leitfähigkeit, die Rückschlüsse auf einen Belag im Rohrleitungssystem zulässt. Dies kann für die vorausschauende Instandhaltung genutzt werden, zum Beispiel wenn der Belag die Gefahr birgt, eine Pumpe zu schädigen. Coriolis-Masse-Durchfluss-Messgeräte bestimmen ebenfalls den Gasblasenanteil und erlauben Dichte- und Konzentrationsmessungen. Bei der Füllstandmessung liefern Sensoren Informationen über etwaige Schaumbildung. Und in verschiedene Messgeräte für unterschiedliche Parameter sind ergänzend Temperatursensoren eingebunden.

Bei der nach wie vor weit verbreiteten Übertragung über 4…20 mA ohne parallelen Einsatz des vorhandenen digitalen Systems (beispielsweise Hart) gehen diese zusätzlichen Mess- und Diagnosewerte jedoch weitgehend verloren. Sie werden bestenfalls im Rahmen einer Vor-Ort-Verifikation verwendet. Doch von ihrer breiten Erfassung über digitale Schnittstellen könnten Big-Data-Anwendungen profitieren. Dazu ist es zielführend, dass Datenflüsse über passende Schnittstellen effizient ineinandergreifen. Über eine gelungene OT-IT-Integration und die grafische Modellierung der Verbindungen können Unternehmen der Prozessindustrie künftig Dutzende oder sogar Hunderte von I4.0-Initiativen erfolgreich gestalten, wobei die damit befassten Teams nicht überlastet werden.

Die Hart-Signale lassen sich abgreifen, ohne in das Leitsystem einzugreifen oder die Kernautomatisierung zu beeinflussen. Im einfachsten Fall, bei ausreichend Platz im Schaltschrank oder auf der Hutschiene, gelingt das im bestehenden Rangierfeld. Ältere Sensoren erhalten die nötige Konnektivität durch ein Gateway, mit dem sie zum I4.0-Sensor upgegradet werden. Die von Krohne, Phoenix Contact und der Software AG realisierte Interface-Lösung setzt dazu auf den Kommunikationsstandard OPC UA. Über den OPC-UA-Server eines Feldcontrollers von Phoenix Contact gelangen die Daten durch die sogenannte OT-IT-Bridge auf die Plattform der Software AG. Damit stehen diese Daten beispielsweise für die Analyse, das Monitoring und die Optimierung zur Verfügung. Bei Bedarf können sie bereits in der Produktionsanlage über eine Edge-Lösung vorverarbeitet werden. So lässt sich das Potenzial von Bestandsanlagen mit heute erhältlichen Komponenten und Softwaretools relativ einfach erschließen.

Kontextualisierung durch standardisierte Semantik

Einer der Schlüssel zur funktionierenden OT-IT-Integration für die Industrie 4.0 liegt in der Standardisierung der Semantik der gewonnenen Daten. Erst sie schafft den Kontext, durch den Daten ihren eigentlichen Wert erlangen. Während aktuelle Protokolle die Kernautomatisierung auf Basis standardisierter Messwerte sowie grundlegender Diagnosen bewerkstelligen, existierten für darüber hinausgehende Diagnosen und Prozessmesswerte kaum Standards. Daher ging die Einbindung bislang mit großem Aufwand einher. Das Problem wird durch eine Art Wörterbuch gelöst. Dieses stellt klar, welche Bezeichnung für einen bestimmten Diagnose- oder Prozesswert steht.

Mit PA-DIM (Process Automation – Device Information Model) respektive NOA IM wurde ein solches gemeinsames Informationsmodell für Prozessgeräte definiert. Es umfasst neben sogenannten Nameplates mit Angaben zu Hersteller, Seriennummer oder Gerätetyp auch Semantic ID, die bestimmten Daten (etwa Prozessvariablen) zugewiesen werden. Aufgrund internationaler Standardisierung im Common Data Dictionary (CDD) der IEC 61360 sowie der IEC 61987 sind diese ID eindeutig. Das Konzept liegt der Lösung von Krohne, Phoenix Contact und der Software AG zugrunde. Sie kann somit herstellerunabhängig auf die standardisierten Geräteinformationen zugreifen und diese gemäß PA-DIM für übergeordnete Applikationen bereitstellen. Die Kontextualisierung ist dabei gegeben. Ein integrierter IIoT-Server im Feldcontroller von Phoenix Contact identifiziert den Sensor automatisch und ordnet ihm die richtige Beschreibungsdatei zu. IoT-Tools der Software AG für Device Integration und Managements sorgen zum einen dafür, dass dieser Pool an Beschreibungsdateien immer aktuell ist. Auf der anderen Seite bereiten sie die gewonnenen Daten für die anschließende einfache Auswertung in unterschiedlichen Anwendungen auf.