Intelligente Brücke

Die übersichtliche Darstellung von Sensordaten erfolgt unabhängig von der Steuerung mit einer SmartBridge-App.

„Das Konzept der Industrie 4.0 – die man nicht mit dem Internet der Dinge verwechseln darf – ist unter anderem deshalb in Deutschland entstanden, weil die differenziert strukturierte deutsche Industrie besonders gut mit Embedded Systems umgehen kann. Zu unseren Stärken gehört es, aus der Verbindung zwischen klassischer Anlage oder Maschine mit intelligenter Elektronik leistungsstarke, autonome Systeme zu machen“, sagt Benedikt Rauscher rückblickend. Er ist Leiter der Entwicklungsgruppe für Vision-Sensoren und Projektleiter SmartBridge bei Pepperl+Fuchs.

Der SmartBridge-Adapter wird in die Sensor-Zuleitung eingeschleift und dient zum Aufbau einer drahtlosen Verbindung zu Mobilgeräten.

Informationspotenziale nutzen

Die technische Entwicklung dorthin wird nicht vom einzelnen großen Wurf gekennzeichnet sein, sondern von vielen einzelnen Schritten in den unterschiedlichsten Bereichen von Maschinenbau, Prozesstechnik und Elektronik. „Dabei kann die deutsche Industrie mit ihrer differenzierten Struktur ihre besonderen Stärken ausspielen“, ist Benedikt Rauscher überzeugt. Im Vordergrund stehen dabei die Lösung konkreter Probleme und die pragmatische Ausweitung der Automatisierungsoptionen. Aus diesem Ansatz entstand bei Pepperl+Fuchs vor einem Jahr die Konzeptstudie „SmartBridge“. Mit ihr sollte das Informationspotenzial des Sensors besser genutzt werden.

Die „gläserne Maschine“ demonstriert, wie SmartBridge die Arbeitsweise von Sensoren transparent macht.

Installierte Basis berücksichtigen

„Moderne Produktionsanlagen verfügen bereits heute über zahllose Sensoren, die riesige Mengen von Informationen liefern“, erklärt Benedikt Rauscher. „Sehr oft wird aber nur ein kleiner Teil der verfügbaren Informationen genutzt, und selbst dieser Teil fließt nicht immer in die Steuerung ein. Damit bleibt nicht nur vorhandenes Automatisierungspotenzial ungenutzt, es fehlt auch eine entscheidende Grundlage für mehr Autonomie der Systeme, die wiederum Voraussetzung für die Industrie 4.0 ist.“

Allerdings war den Entwicklern bei Pepperl+Fuchs auch klar, dass der Strukturwandel der Produktionssteuerung von der starren Pyramide zum hierarchiefreien Netz nicht über Nacht vollzogen werden kann. Um die Sensorik schrittweise an die Prinzipien der Industrie 4.0 heranzuführen, war eine Lösung gefordert, die den Informationsaustausch parallel und ohne Rückwirkung auf die laufende Steuerung ausführt. Sie durfte dort keinen zusätzlichen Aufwand verursachen und sollte einfach nachzurüsten sein. Der Anwender sollte sich weiterhin auf das bekannte, deterministische Verhalten der Steuerung verlassen können, aber zugleich einen direkten Kommunikationskanal zur Komponente bekommen. Als bewährtes Vorbild nahmen sich die Entwickler die HART-Kommunikation aus der Prozessautomation. Diese wird für Diagnose und Störmeldungen genutzt und läuft getrennt von der Prozessdatenübermittlung. Erstmals der Öffentlichkeit präsentiert wurde die SmartBridge-Konzeptstudie auf der SPS/IPC/Drives 2013.

Brückenschlag mit Tablet

„Die Herausforderung lag darin, unterschiedliche Sensoren mit einem platz- und kostensparenden Kommunikationskanal auszurüsten. Die Integration einer internetfähigen Netzwerk-Schnittstelle in jeden Sensor hätte zu viel Aufwand und Kosten verursacht“, erinnert sich Benedikt Rauscher an die damaligen Überlegungen. Man entschied sich deshalb unter anderem für das Standard-Kommunikationsprotokoll IO-Link. Physikalisch wird es durch den ohnehin vorhandenen Prozessdatenanschluss übertragen, sodass kein zusätzlicher elektrischer Anschluss aus dem Sensor herausgeführt werden muss. Zudem bedeutet IO-Link kaum Mehraufwand auf der Sensorseite und der Zugriff auf alle relevanten Diagnosedaten ist bereits gegeben. Die über die IO-Link Schnittstelle zur Verfügung stehenden Daten aus dem Sensor können per SmartBridge-Adapter mittels einer Bluetooth-Verbindung drahtlos abgeholt werden.

„Was SmartBridge aber zu einer wirklich intelligenten Brücke macht, ist die Verbindung der Sensoren mit einem mobilen Endgerät. Ein Tablet oder Smartphone dient als Anzeige- und Bedienelement, es wird lediglich eine App benötigt“, erläutert der Entwicklungsleiter. Die SmartBridge-App visualisiert die Daten und ermöglicht auch den Zugriff auf Sensoren, falls dazu die Berechtigung besteht.

Beim Starten der App erscheint ein Auswahl-Menü, das alle in Reichweite befindlichen Sensoren auflistet. Geräte mit IO-Link-Schnittstelle werden über den SmartBridge-Adapter angesprochen, Sensoren mit Ethernet oder WLAN kann die App direkt ansteuern. Andere Geräte, etwa die RFID-Auswerteeinheit IDENTControl Compact von Pepperl+Fuchs, sind bereits mit der SmartBridge-Technologie ausgestattet.

Steuerung bleibt unbeeinflusst

SmartBridge-Adapter und Tablet bzw. Smartphone kommunizieren per Bluetooth. Da in Richtung der Steuerung nur der IO-Link-Kanal besteht und das Mobilgerät nicht über eine direkte Verbindung zur Steuerung verfügt, kann es dort auch keinen Schaden anrichten. Das ist ein wesentlicher Sicherheitsaspekt.

Das mobile Endgerät kann an Ort und Stelle als grafische Bedienoberfläche für die Parametrierung dienen oder den Zugriff auf Stücklisten oder Einbauanleitungen von Sensor, Funktionseinheit und Maschine ermöglichen. Mit solchen Funktionen vereinfacht es die Inbetriebnahme der Sensoren und das Einrichten der Anlage. Zum Abgleich können parallel dazu Datenblätter aus dem Internet abgerufen werden. Ebenso können Anwender Diagnosedaten abrufen und auf diese Weise ohne Ausbau und bei laufendem Betrieb Wartungsarbeiten durchführen. Der Datenabgriff bleibt rückwirkungsfrei, die eigentlichen Produktionsabläufe unbeeinträchtigt. SmartBridge öffnet zugleich die Tür zu übergeordneten Automatisierungsaufgaben und kann den Sensor grundsätzlich auch Internet-fähig machen. Benedikt Rauscher zieht das Fazit: „Die SmartBridge-Technologie markiert damit einen großen Schritt in Richtung Sensorik 4.0 und damit auch zur Industrie 4.0.“