B&R PK - Edge Computing. Bild: B&R

Edge-Geräte sitzen an der Schnittstelle von der Automatisierung (OT) zur Informationstechnologie (IT). Bild: B&R

Bisher werden Daten von Maschinen nur kurze Zeit gespeichert und anschließend gelöscht, um Platz für aktuellere zu schaffen. „Wenn wir diese Daten jedoch weiter nutzen und analysieren wollen, müssen wir einen Platz finden, sie zu speichern“, sagt Ralf Pühler, Produktmanager Industrial IoT bei B&R. Dies könne eine lokale Datenbank sein oder ein Rechenzentrum in der Cloud.

In Zeiten des Industrial IoT sind aber nicht nur Daten und die daraus gewonnenen Informationen einzelner Maschinen interessant. „Ich will Maschinen und Linien untereinander vergleichen können, nicht zuletzt unterschiedliche Produktionsstätten auf der ganzen Welt“, betont Pühler. Das dafür entstehende Datenvolumen lässt sich prinzipiell mit lokalen Computern analysieren und auswerten. „Häufig ist es jedoch sinnvoll, dafür die nahezu unbegrenzte Rechen- und Speicherkapazität der Cloud zu nutzen“, sagt der IIoT-Spezialist.

Um die aggregierten Daten in die Cloud zu schicken, kommen als Hardware sogenannte Edge-Geräte zum Einsatz. Edge-Geräte? „Wir nennen sie so, da sie die letzte physikalische Instanz vor der Cloud sind“, erläutert Pühler. Diese Geräte bilden die Schnittstelle von der OT (Operational Technology) auf Maschinenebene zur IT in der Cloud. Zur OT gehören Hardware- und Software-Komponenten, die Geräte, Prozesse und Ereignisse in Echtzeit überwachen und steuern.

Umsetzung IIoT. Bild: B&R
Um Industrial IoT umzusetzen, sind grundsätzlich vier Komponenten notwendig: Hardware zur Datenerfassung, die Daten selbst, Software zur Datenanalyse und schließlich die Konnektivität – also ein Netzwerk, das alle Elemente verbindet. Bild: B&R

Drei Edge-Varianten

Je nach Anwendung und Datenvolumen werden die auf OT-Ebene gesammelten Daten mit unterschiedlichen Herangehensweisen in die Cloud übertragen. „Daher bieten wir drei Typen von Edge-Geräten an, um für jeden Anwendungsfall eine Lösung zu haben“, sagt Pühler.

Greift etwa ein Sensor stündlich ein Signal ab, kann es zweckmäßig sein, die Daten direkt in die Cloud zu schicken. Ein konkretes Beispiel dafür sind Pipelines, die mit Sensoren auf Leckage überwacht werden. „In so einem Fall ist keine Echtzeitsteuerung notwendig, daher braucht es auch keine Steuerungslogik vor Ort.“ Zudem reicht es, wenn der Wartungstrupp die Pipeline innerhalb weniger Tage überprüft. Für solche einfachen Anwendungen ist ein B&R-Buscontroller ausreichend, der unverarbeitete I/O-Signale verschlüsselt über OPC UA in die Cloud schickt. „Diese Möglichkeit bezeichnen wir als Edge-Connect“, sagt Pühler.

Ist das Volumen an Daten jedoch größer, lohnt es sich, diese schon an der Maschine zu aggregieren. Das hat zwei Vorteile: Zum einen sinken Bandbreitenbedarf und Kosten für die Cloud, zum anderen gehen keine Daten verloren, wenn die Verbindung unterbrochen wird, da ausreichend Speicherplatz zum Puffern vorhanden ist. „In diesem Fall können unsere Standard-Steuerungen eingesetzt werden“, erwähnt Pühler und erklärt weiter: „Hier sprechen wir von einer Embedded Edge, die gleichzeitig die Maschinenlogik in Echtzeit abarbeitet und Daten in die Cloud schickt.“

Selbstlernende Systeme

B&R ermöglicht drei grundlegende Edge-Architekturen und bietet damit eine Lösung für jeden Anwendungsfall. Bild: B&R
B&R ermöglicht drei grundlegende Edge-Architekturen und bietet damit eine Lösung für jeden Anwendungsfall. Bild: B&R

Sollen ganze Produktionslinien überwacht und Daten von hunderten I/Os für die Cloud vorverarbeitet werden, reicht eine Steuerung nicht mehr aus. Aber auch für solche Anwendungen hat Pühler eine Lösung: „Ein Automation PC von B&R, kombiniert mit einer vollumfassenden Industrial-IoT-Plattform, kommt als sogenannter Edge Controller zum Einsatz.“ Aufgrund seiner hohen Rechenleistung und Speicherkapazität kann der Industrie-PC, im Gegensatz zu den beiden anderen Edge-Geräten, Daten zu einem wesentlichen Teil vorverarbeiten und analysieren. Zudem können dort komplexe Algorithmen berechnet werden, wie sie zum Beispiel bei selbstlernenden Systemen eingesetzt werden.

„Edge-Architekturen sind jedoch nicht nur für neue Anlagen und Maschinen interessant, sondern auch für Bestandsanlagen, die bisher unvernetzt in der Fabrikhalle stehen“, sagt Pühler. Mit der Orange Box hat B&R auch eine Lösung für diese sogenannten Brownfield-Anlagen im Portfolio. Die Box mit einer Kombination aus Software und Hardware wird an eine bestehende Maschine angeschlossen und kann problemlos in eine Edge-Architektur eingebunden werden.