Vom IO-Link-Sensor per Mobilfunk in die Cloud

Sensoren sind die Sinnesorgane von Maschinen und Anlagen aller Art. Steuerungen verarbeiten die von den Sensoren ausgegebenen Signale oder Messwerte und steuern entsprechend die Aktoren an. Bei Industrie-4.0-Konzepten kommt der Verfügbarkeit der Sensordaten im Industrial Internet of Things (IIoT) eine besondere Bedeutung zu. So können die Informationen, die aus den Sensorsignalen generiert werden, für Aufgaben jenseits der normalen Steuerungstechnik verwendet werden. Typisches Beispiel ist die zustandsorientierte Wartung, bei der etwa Schwingungsdaten von Lagern analysiert werden, um diese bei Verschleiß rechtzeitig vor einem Maschinenstillstand auszutauschen.

IO-Link als Standard

Das Kommunikationssystem IO-Link entwickelt sich immer mehr zum Standard, wenn Sensordaten in Industrie-4.0-Anwendungen verwendet werden sollen. Einer der Vorteile liegt darin, dass die Daten über IO-Link an übergeordnete Systeme weitergegeben werden können, ohne in die Steuerungsarchitektur der Maschine oder Anlage eingreifen zu müssen. So lassen sich beispielsweise Daten in eine Cloud übertragen, um dort eine umfassende Überwachung verschiedener Maschinen und Anlagen zu ermöglichen. Das ist einer der Gründe dafür, dass ifm alle Sensoren mit IO-Link-Schnittstellen ausstattet. Das Unternehmen bietet zahlreiche Systeme an, die eine Cloud-Anbindung der Sensoren vereinfachen. Dazu gehören Hardware- und Softwarekomponenten, die eine direkte Vernetzung aller angeschlossenen Sensoren und Aktoren mit einem lokalen Server über ein Ethernet-Netzwerk ermöglichen. Darüber können Maschinendaten, Prozessparameter und Diagnosedaten direkt ausgelesen und in der IT weiterverarbeitet werden. Zum Portfolio gehören auch Softwarepakete wie der „Smartobserver“, die eine einfach zu bedienende Datenauswertung und ein Monitoring über kundenspezifisch gestaltet Cockpits bieten.

Ohne Netzwerkanbindung ins IIoT

Eine Netzwerkanbindung für die Sensordaten ist in vielen Fällen schwierig zu realisieren. Dafür kann es verschiedene Gründe geben: Ein typisches Beispiel sind Sensoren in abgelegenen Anlagenteilen, an denen gar keine Netzwerkanbindung vorgesehen ist. Aber auch bei einer Produktionsumgebung in einer Fabrikhalle ist eine Netzwerkanbindung von Sensoren nicht immer problemlos möglich. So ist in Unternehmen häufig ein Zusammenwirken von Automatisierung, Instandhaltung und IT-Abteilung notwendig. Gerade auf Seiten der IT bestehen oft Sicherheitsbedenken, wenn zusätzliche Systeme in bestehende Netzwerke eingebunden werden sollen. Dies gilt in besonderem Maße, wenn externe Partner auf die Daten Zugriff haben sollen. In solchen Fällen bietet der io-key von ifm eine einfache und schnelle Möglichkeit, um Sensordaten direkt in die Cloud zu übertragen. Das kompakte Gerät benötigt lediglich eine Spannungsversorgung und eine ausreichende Mobilfunk-Netzabdeckung. Zur Kommunikation verwendet das Modul Narrowband IoT oder das 2G-Netz. In den Mobilfunkverträgen ist ein europaweites Roaming inklusive. Alternativ ist auch eine Mobilfunkanbindung über LTE CAT M1 möglich, wodurch der io-key auch weltweit eingesetzt werden kann.

Da nur geringe Datenmengen übertragen werden, sind diese schmalbandigen Netze, deren Abdeckung praktisch überall sehr gut ist, völlig ausreichend, und die Datenübertragung ist sehr zuverlässig. Bis zu zwei Sensoren können an den io-key angeschlossen werden und übertragen anschließend die Messwerte direkt in eine gesicherte Cloud. Die gesamte Installation funktioniert nach dem Prinzip Plug & Play. Der io-key arbeitet als IO-Link-Master und verfügt über ein integriertes Mobilfunk-Gateway. Die Mobilfunk-Verbindung arbeitet mit einer ins Gerät integrierten eSIM, wodurch kein weiterer Konfigurationsaufwand entsteht. Da die Geräte zusammen mit einem Abomodell von ifm ausgeliefert werden, stehen die Daten nach der Inbetriebnahme sofort in der Cloud zur Verfügung. Die gesamte Installation kann ohne Eingriff in die IT des Unternehmens vorgenommen werden.

Dashboard in der Cloud

Die Sensordaten stehen dem Anwender direkt nach der Inbetriebnahme in einer von ifm angebotenen Cloud zur Verfügung, die auf der Cumulocity-Plattform basiert. In einem webbasierten Dashboard, das im augenschonenden Dark Mode dargestellt ist, können die Daten visualisiert und analysiert werden. Mit wenigen Mausklicks lassen sich direkt vom Dashboard aus verschiedene Konfigurationen vornehmen. So versendet das System beispielsweise bei Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten automatisiert Benachrichtigungen per E-Mail oder SMS. ifm stellt den Anwendern verschiedene Widgets zur Verfügung, mit denen sich typische Aufgaben erledigen lassen. Auch eine zusammenfassende Darstellung der Messwerte in Form von Berichten lässt sich generieren. Diese können im Anschluss einfach exportiert werden.

Der io-key wird von ifm zusammen mit der Cloudanbindung im Abomodell vertrieben. Dabei sind verschiedene Leistungsstufen verfügbar, die sich in der Übertragungshäufigkeit unterscheiden. In der günstigsten Version werden die Sensordaten nur einmal pro Tag in die Cloud übertragen, was für einige Anwendungen, bei denen sich die Messwerte nur langsam ändern durchaus ausreichend ist. Für andere Anforderungen können auch Übertragungszyklen bis zu 10 Sekunden gebucht werden. Optional ist auch eine Funktion möglich, die bei einer Schwellwertüberschreitung automatisch eine Push-Nachricht generiert.

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

Typische Anwendungen für den io-key finden sich in Anlagen der Wasser- und Abwasserbranche. Dort lassen sich beispielsweise weit abgelegene Pumpstationen überwachen. Aber auch in ganz anderen Bereichen ist der Einsatz des Systems möglich. Ein Beispiel sind Restaurants von Fastfood-Ketten, die regelmäßig Fette entsorgen müssen. Spezialanbieter übernehmen diese Aufgabe und holen verbrauchtes Frittierfett sowie den Inhalt des Fettabscheiders direkt in den Restaurants ab und entsorgen diese fachgerecht. Werden die Behälter, in denen die Fette gesammelt werden, mit einer Füllstandsüberwachung und einem io-key ausgestattet, kann das Entsorgungsunternehmen die Abholung optimieren. Im Dashboard hat der Anwender die Füllstände im Blick und kann zum jeweils passenden Zeitpunkt die Entleerung veranlassen. Über eine API-Schnittstelle der Cloudlösung lassen sich die Daten direkt mit dem Tool für die Tourenplanung der Fahrzeuge verknüpfen. Mit dem io-key kann so der Einsatz der Fahrzeuge optimiert werden, was zu einer Kostensenkung führt.

Eine weitere Anwendung hat ifm bei einem Hersteller für industrielle Filteranlagen realisiert. Dieser bietet für seine Anlagen Wartungsdienstleistungen an, die auch einen Filtertausch umfassen. Um den optimalen Zeitpunkt für den Filterwechsel zu bestimmen, wird ein Differenzdrucksensor eingesetzt, dessen Messwert den Verschmutzungsgrad des Filters widerspiegelt. Für einen Dienstleister ist eine solche Predictive-Maintenance-Anwendung nur möglich, wenn er die Sensor-daten auch ständig auswerten kann. Ein Zugriff auf das Firmennetzwerk von außen ist allerdings aus Sicherheitsgründen in den meisten Fällen nicht möglich. Mit dem vom Firmennetzwerk unabhängigen io-key lässt sich eine solche Aufgabe sehr einfach und kostengünstig realisieren. Der Dienstleister überwacht den Zustand aller Filter über die Cloud-Lösung und kann den Filtertausch zum optimalen Zeitpunkt durchführen.

Edge-Funktionalitäten inklusive

Neben der Datenübertragung in die Cloud bietet der io-key noch weitere Möglichkeiten. Mit den integrierten Schaltausgängen sind einfache Edge-Funktionalitäten direkt vor Ort an der Maschine oder Anlage möglich So lässt sich direkt vor Ort ein Alarm auslösen oder ein Signal aktivieren, wenn etwa ein Grenzwert unter- oder überschritten wird. Die Konfiguration dieser Edge-Funktionalitäten erfolgt ohne Programmieraufwand durch einfache Konfigura-tion in der Cloud.

Immer dann, wenn Messwerte von Sensoren nicht in Echtzeit benötigt werden und eine direkte Anbindung aufwendig wäre, ist die Übertragung in die Cloud mit dem io-key eine optimale Lösung. Das System überzeugt vor allem durch die sehr einfache Installation, ohne dass eine Netzwerkanbindung vor Ort notwendig ist. Dadurch lassen sich auch Anwendungen realisieren, die aufgrund des Aufwands sonst nicht umsetzbar wären.

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