Die Herausforderung: Datenübertragung in einer heterogenen IT/OT Umgebung
Die Operational Technology (OT) in Industrieunternehmen ist in der Regel sehr heterogen. Aufgrund der hohen Investitionskosten sind Nutzungszeiten von Werkzeugmaschinen und Industrieanlagen von 20 Jahren und mehr keine Seltenheit. In dieser Zeit werden die Maschinen jedoch ständig weiterentwickelt, so dass vor allem in schnell wachsenden Unternehmen verschiedene Maschinengenerationen mit unterschiedlicher Hardware und diversen Protokollen zur Datenübertragung nebeneinander existieren.
Diese Systeme müssen für den Anschluss an das Industrial IoT integriert werden. Die Verbindung zwischen OT und IT ist keine leichte Aufgabe und erfordert einen hohen Entwicklungsaufwand. Die einzelnen Softwaremodule müssen miteinander interagieren können und eine Datenpipeline von der Maschine bis in die Cloud bilden.
In der IT hat sich für ähnliche Integrationsaufgaben das Prinzip der „Containerisierung“ durchgesetzt. Dabei werden einzelne Softwaremodule in voneinander getrennten „Containern“ installiert, die unabhängig voneinander konfiguriert, gestartet und ausgeführt werden. Mit dieser Technologie senken Unternehmen die Abhängigkeit von einem Betriebssystem oder einer einzelnen Plattform bzw. die aufwändige Anpassung des gesamten Codes an die neue Umgebung.
Ein weiterer Vorteil: Die Softwarelösungen sind einfach skalierbar und können leicht an Leistungsspitzen und schwankende Auslastungen angepasst werden. Darüber hinaus ist es einfach, die Software oder Anwendung in andere Umgebungen zu verschieben, so dass sie plattform- und infrastrukturübergreifend genutzt werden kann.
Portainer ist eine führende Container- und Device-Management-Plattform, die mit mehr als 4 Milliarden Downloads weltweit branchenübergreifend eingesetzt wird. Sie ist die einzige Plattform, die Docker, Docker Swarm, Podman und Kubernetes unterstützt und wurde speziell entwickelt, um die Komplexität für die Benutzer zu reduzieren.
Eine gelungene Kombination aus Hard- und Software ist entscheidend für ein einfaches und sicheres Management von Anwendungen und Geräten, das sowohl mit der OT als auch mit der IT eines Unternehmens kompatibel ist. Auf der Basis einer solchen Container-Umgebung können nun unterschiedliche Systeme arbeiten, um in einer heterogenen Produktionsumgebung Daten von Maschinen und Sensoren zu sammeln und in die Cloud weiterzusenden. Als Kommunikationsprotokoll wird hierbei häufig auf MQTT gesetzt.
Die Lösung: Datenaustausch mit der Cedalo MQTT-Plattform
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein leichtgewichtiges Protokoll, das speziell für die Kommunikation zwischen Geräten mit begrenzter Bandbreite oder in Umgebungen mit hoher Latenz entwickelt wurde. Es verursacht nur eine geringe Netzwerklast und funktioniert auch in instabilen Situationen sehr gut. MQTT ist für seine Effizienz und Zuverlässigkeit bei der Datenübertragung bekannt und wird daher sehr häufig im industriellen IoT eingesetzt.
Die wichtigen Bestandteile einer MQTT-Lösung sind ein MQTT Broker, der Daten zwischen Geräten über das MQTT-Protokoll überträgt, und eine MQTT-Broker Web UI, die die Verwaltung und Überwachung von MQTT-Broker-Setups ermöglicht.
Die Cedalo MQTT-Plattform ist eine umfassende Lösung, die aus dem Pro Edition for Eclipse Mosquitto™ und dem Management Center Web UI besteht. Die Plattform ist für die Verwaltung und Übertragung von Echtzeitdaten über Maschinenzustände, Produktionskennzahlen und Telemetriemetriken mit dem MQTT-Protokoll geeignet. Sie ermöglicht die zuverlässige Übertragung von Maschinendaten in Echtzeit und bietet gleichzeitig eine lückenlose Protokollierung.
Der Broker empfängt Nachrichten von Sensoren, Maschinen oder einer Middleware, wie beispielsweise dem OPC-Router von inray, und leitet sie an die entsprechenden Empfänger weiter – zum Beispiel an ein Dashboard von der Firma 40Factory, oder Daten von Maschinen (wie Temperatur, Druck, Vibrationen) aus der Produktionsebene zu Steuerungssystemen oder Predictive-Maintenance-Plattformen, oder Verbrauchs- und Netzstabilität Daten von Smart Meters oder anderen Energie Geräten zu zentralen Systemen im Energiesektor, und so weiter.
Der Broker ist für den Einsatz in großen Unternehmensumgebungen konzipiert und bietet hohe Verfügbarkeit, Skalierbarkeit, robuste Sicherheit und Mandantenfähigkeit Funktionen. Damit gewährleistet er eine zuverlässige und stabile Datenübertragung. Das Management Center ermöglicht die einfache Verwaltung und Überwachung des Brokers über eine zentrale Webschnittstelle. Die Plattform eignet sich für den Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen, die eine sichere und zuverlässige Datenkommunikation erfordern.
In der Fertigung wird die Cedalo MQTT-Plattform eingesetzt, um Maschinen- und Sensordaten in Echtzeit zu sammeln und zu analysieren. Sensordaten wie Temperatur, Druck oder Vibrationsmuster werden von Maschinen aufgenommen und über MQTT an zentrale Systeme übertragen. In diesem Fall ermöglicht die Plattform Echtzeit-Überwachung und Predictive Maintenance, wodurch die Effizienz verbessert und Ausfallzeiten reduziert werden.
Die Cedalo MQTT-Plattform wird auch verwendet, um Sensordaten von verschiedenen verteilten Standorten in Echtzeit zu verarbeiten. Beispielsweise können Stromverbrauchsdaten von Smart Meters gesammelt und aggregiert werden, um Lasten zu steuern oder Störungen schnell zu erkennen. In diesem Fall verbessert die Plattform die Netzstabilität, ermöglicht eine effizientere Energieverteilung und schnelle Reaktionszeiten bei Ausfällen.
Das Ergebnis: Eine robuste Infrastruktur für die Datenübertragung
Zusammengefasst zeichnet sich die Cedalo MQTT-Plattform durch ihre Skalierbarkeit, Sicherheit und Verwaltungsmöglichkeiten aus. Sie bietet eine robuste Infrastruktur für die Übertragung von Maschinendaten in Echtzeit, was für die Digitalisierung und Automatisierung von Industrieprozessen entscheidend ist.
Durch die Synergien mit Portainer wird eine einfache und standardisierte Installation ermöglicht, die das Management erleichtert. Zudem sorgen die einfache Update-Funktion und die unkomplizierte Skalierbarkeit für höchste Flexibilität, um Datenströme effizient zu verwalten und an veränderte Anforderungen anzupassen.
Präsentation eines realen Fertigungsprozesses auf der SP2024
Auf der Smart Production Solutions 2024 (SPS 2024) zeigt Portainer gemeinsam mit seinen Partnerunternehmen Softing, Inray, Cedalo, 40Factory und Iniationware in Halle 5, Stand 350 die Simulation eines industriellen Produktionsprozesses. Dabei können die Besucher selbst als „Stückgut“ verschiedene Stationen durchlaufen.
Innerhalb der Simulation werden Daten in Echtzeit erfasst und verarbeitet. Sie zeigt, wie IIoT-Lösungen Maschinendaten erfassen, analysieren und nutzen. Produktionsdaten wie Maschinenzustände, Energieverbrauch und Produktionsqualität werden über MQTT in die Cloud übertragen und in Echtzeit auf interaktiven Dashboards dargestellt.
Das Setup simuliert die Produktion, die Datenübertragung und die Konvertierung der Daten von der SPS zu MQTT und die Anzeige auf dem MAT-Dashboard. Cedalo zeigt, wie ihre MQTT-Plattform eine sichere und zuverlässige Datenübertragung zwischen dem OPC-Router und dem MAT-Dashboard gewährleistet.
