IIoT und Industrie 4.0 – ASi als effizientes Nervensystem der Smart Factory

ASi-5 – Hohe Datenbreite für anspruchsvolle Applikationen

Maschinendaten, Prozessdaten und Diagnosedaten – Maschinen und Anlagen erzeugen heute riesige Datenmengen. Aber nur ein Bruchteil davon gehört zwingend in die übergeordnete SPS. Um Industrie 4.0-Projekt erfolgreich umzusetzen, muss der Großteil der Daten in der IT verarbeitet und analysiert werden. Ein abgestimmtes Zusammenspiel gelingt nur, wenn alle Geräte im cyberphysischen System miteinander kommunizieren.

 

Gefragt ist ein leistungsstarkes Datenshuttle wie ASi-5. Die neue ASi Generation bietet eine hohe Datenbreite und kurze Zykluszeiten. Dadurch lassen sich die für Industrie 4.0 so wichtigen intelligenten Sensoren wie IO-Link leicht einbinden.

 

Unsere modernen ASi-5/ASi-3 Gateways spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Sie besitzen zwei unabhängige Schnittstellen – für OPC UA und einen Feldbus – die es ermöglichen, die jeweiligen Daten direkt in die IT oder die Steuerung zu übertragen. Als Bindeglied zwischen Feldgeräten und übergeordneten IT Systemen sammeln die Gateways außerdem wertvolle Diagnosedaten, welche die Gerätedaten aus dem Feld sinnvoll ergänzen.

 

Weil mehr Konnektivität die Cyber-Risiken erhöht, setzen wir auf verschlüsselte Kommunikation und Authentifizierung. Dank Feldupdatefähigkeit erfüllen die ASi-5/ASi-3 Gateways auch zukünftige Sicherheitsanforderungen.

Inhaltsverzeichnis

Unsere Vorteile bei IIoT und Industrie 4.0

Integrierte
OPC UA-Schnittstelle

Alle ASi-5/ASi-3 Gateways sind mit einem OPC UA Server ausgestattet, welcher den direkten Datentransfer zwischen den Feldgeräten über ASi und IT-Systemen ermöglicht – unabhängig vom Feldbus. Dank des OPC UA Servers lassen sich die Daten einfach in einer Cloud, an einem lokalen Server oder in einem Visualisierungstool verwenden.

Clevere
Datenweiche

Unsere ASi-5/ASi-3 Gateways ermöglichen dank zweier unabhängiger Schnittstellen eine konsequente Trennung von OT (SPS) und IT (Datenbanksystemen). Als erste Komponente in der Automatisierungspyramide, die über Internetprotokolle kommunizieren kann, eignet sich das Gateway als clevere Datenweiche. Durch die Netzwerktrennung von IT und OT, kann der Traffic auf dem Feldbus-Netzwerk reduziert und beschleunigt werden.

Moderne
IT-Security-Konzepte

Wir bieten authentisierte Verschlüsselungsverfahren und signierte Software-Updates. Zudem unterstützen wir kundenspezifische Zertifikate für TLS und die OPC UA Kommunikation. Dadurch lassen sich unsere Geräte nahtlos in bestehende IT-Security-Konzepte integrieren.

Reduzierter
Integrationsaufwand

Um ein Edge-Device sicher mit der Cloud zu verbinden, sind eine Identifizierung, Authentifizierung und ein Zertifikatsaustausch erforderlich. Der einmalige Aufwand hierfür ist bei allen Edge-Devices gleich. Aber mit einem Ethernet-basierten 8-Port IO-Link Master lassen sich z. B. nur acht IO-Link Devices einsammeln. Dagegen kann ein ASi-5/ ASi-3 Gateway mehrere hundert IO-Link Devices sowie andere Sensoren und Aktuatoren integrieren.

ASi-5/ASi-3 Gateways als Edge-Device

1. Mit nur einem ASi-5/ASi-3 Gateway als Edge-Device lassen sich dank AS-Interface die Daten hunderter Sensoren und Aktuatoren einsammeln – z. B. IO-Link Sensoren mit wertvollen Diagnosedaten.

 

2. Die Daten aller verwendeten Geräte werden über ASi an das ASi-5/ ASi-3 Gateway mit integriertem OPC UA Server übertragen. Die zusammengefassten Daten stehen dann auf der IT und OT Schnittstelle zur Verfügung.

 

3. Das ASi Gateway überträgt als Edge-Device alle relevanten Daten via Internet in cloudbasierten Datenbanken. Dabei gibt es zwei Optionen: Entweder bereitet ein Edge-Server die Daten auf und sendet sie in die Cloud. Alternativ kann die Verbindung zum Cloud System auch direkt aufgebaut werden und die Daten beim OPC UA Server abgeholt werden.

 

4. Die Daten stehen nun in der Cloud zur Verfügung und können echte Mehrwerte erzeugen – z. B. für die vorbeugende Wartung oder ein zentralisiertes Echtzeit ERP Inventarmanagement.

IT und OT clever getrennt mit ASi-5/ASi-3 Gateways

Smart Factory Devices, z. B. ein dezentraler Umrichter mit IO-Link Schnittstelle, sind für die IT und OT interessant. Die Prozesssteuerung (OT) ist für die Bewegung des Antriebs zuständig und regelt u. a. die variable Geschwindigkeit, Rampenzeit und Drehrichtung. Die IT-Systeme können durch Big-Data-Analysen, Machine Learning oder KI-Algorithmen echte Mehrwerte erzeugen. Dafür werden Diagnosedaten wie Kühlkörpertemperatur, Leistungsaufnahme oder die betriebsbedingte Belastung des Antriebs ausgewertet. Oft sind in einem Smart Factory Device weitaus mehr Diagnosedaten vorhanden als tatsächliche Prozessdaten. Diagnosedaten können sowohl auf der Feldbusschnittstelle, als auch auf der Diagnoseschnittstelle vom ASi-5/ASi-3 Gateway übertragen werden. Um die OT, mit einem Feldbus wie z. B. PROFINET und den echtzeitkritischen Daten zu entlasten, kann es sinnvoll sein, für die IT eine getrennte Netzwerkstruktur zu verwenden. Mit dem integriertem OPC UA Server liefert das ASi-5/ASi-3 Gateway eine sichere und etablierte IT-Schnittstelle.

Bihl+Wiedemann erfüllt steigende Security-Anforderungen

Durch die starke Vernetzung von Industrie 4.0 Geräten gewinnt das Thema Datensicherheit enorm an Bedeutung. Schließlich kann jedes Gerät mit Zugang zu anderen Geräten in einem Netzwerk als Angriffsplattform genutzt werden. Wir ermöglichen die nahtlose Integration unserer Geräte in bestehende IT-Security-Konzepte und stellen die Datensicherheit wie folgt sicher:

 

  • Alle modernen ASi-5/ASi-3 Gateways sind updatefähig und können lange nach der Inbetriebnahme zukünftige Sicherheitsanforderungen erfüllen.

  • Die Firmware auf dem Update-Server ist signiert.

  • Jedes TCP/IP-fähige Gerät erhält in der Produktion ein individuelles Zertifikat zur SSL-Kommunikation.

  • ASi erhöht durch den kommunikativen Bruch zwischen TCP/IP und den Feldgeräten die Sicherheit.

  • OPC UA nutzt etablierte Verschlüsselungsverfahren wie AES-256 mit SHA bis 512 oder RSA.

  • Software-Updates und OPC UA lassen sich auch lokal am Gerät sperren – ein zuverlässiger und absoluter Schutz.

Use Case: IO-Link Devices einfach mit der Cloud verbinden

  • Beliebige IO-Link Devices (hier eine RFID Station und ein Temperatursensor) lassen sich über ASi-5 Module mit integriertem IO-Link Master (BWU4077) an ASi anschließen.
  • Die Daten der IO-Link Devices werden über den integrierten OPC UA Server des ASi Gateways (BWU3674) in die Cloud (hier AWS von Amazon) gesendet.
  • Neben den IO-Link Prozessdaten werden auch Gateway Diagnosen (u. a. Strom und Spannung vom ASi Kreis) als OPC UA Objekte übertragen.
  • Es wird ein AWS IoT Zertifikat und privater Schlüssel erzeugt und mit einem Script-basierten Edge-Server verknüpft.
  • Das Zertifikat ermöglicht eine eindeutige Verbindung zwischen OPC UA Server und OPC UA Client, der mit der cloudbasierten Datenbank integriert ist.
  • Das Script-basierte Edge-Server sendet regelmäßig vorbereitete Datenpakete direkt in die Cloud.
  • Die Daten werden in einem Dashboard anschaulich visualisiert.

OPC UA – Universeller Datenaustausch vom Sensor zur Cloud

Über ASi eingesammelte Daten von Sensoren und Aktuatoren sind in Zeiten von Industrie 4.0 nicht mehr nur für die Steuerung unverzichtbar. Auch höhere Ebenen wie Fernwartungsserver, Visualisierungssysteme und Cloud-basierte Applikationen benötigen verlässliche, semantische Daten aus der untersten Feldebene.


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ASi – Eine ressourcenschonende Technologie

Durch den stark reduzierten Verdrahtungsaufwand mit AS-Interface sparen Sie Montage- und Materialkosten. Hierdurch lassen sich wertvolle Ressourcen einsparen.

 

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