Vernetzung von Maschinen über Modbus RTU

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IoT Use Case grandcentrix - ALMiG Kompressoren GmbH
5 Minuten Lesezeit
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Zahlreiche industrielle Geräte und Werkzeugmaschinen kommunizieren via Modbus mit den Steuerungsmodulen. Darüber ist eine retrofit-fähige Vernetzung mit dem Industrial IoT möglich. Mit einem innovativen Produkt können die lokalen Daten ausgelesen und über die neuesten Mobilfunktechnologien für IoT -Narrowband IoT und LTE-M in eine Cloud-Plattform gesendet. Und die Kommunikation funktioniert sogar in beide Richtungen, d.h. auch von der Cloud in Richtung Gerät. (Remote Monitoring & Remote Control).

Die Herausforderung: Vernetzung von Verdichtern mit Modbus-Schnittstelle

Die ALMiG Kompressoren GmbH ist einer der führenden Systemanbieter in der Drucklufttechnologie und bedient Kunden in der ganzen Welt. Sie schätzen die umfangreiche Produktpalette aus unterschiedlichen Verdichtern mit maximaler Laufruhe, optimaler Energieeffizienz und einem besonders schonenden Umgang mit Ressourcen. Die ALMiG-Geräte bieten effiziente Lösungen für eine große Breite von Anwendungen – vom kleinen Handwerksbetrieb über mittelständische Unternehmen bis hin zur Großindustrie.

Vor allem für kleinere und mittelständische Unternehmen ist der Kauf der Geräte eine Investition mit Langfristcharakter. Die Druckluftsysteme werden über viele Jahre hinweg genutzt. Deshalb sind kostengünstigen Lösungen zur Überwachung, Steuerung und Wartung notwendig. Um die Geräte optimal nutzen zu können, fordern die Kunden den transparenten und zeitnahen Zugang zu den Nutzungsdaten.

Smarte und vernetzte Geräte erlauben die Überwachung und Steuerung nicht nur auf dem Shopfloor. Durch einen Fernzugriff und die Visualisierung in einer Cloud-Anwendung können die Betreiber ihre Geräte jederzeit und an jedem Ort überprüfen und beeinflussen. ALMiG nutzt dafür das retrofit-fähige Anwendungspaket Modbus Cloud Connect des IoT-Produkt- und Lösungsanbieters Grandcentrix aus Köln.

Die Lösung: Ein Gateway mit Modbus-Schnittstelle sendet die Daten in die Cloud

Modbus Cloud Connect verbindet Geräte auf einfache Art und Weise über die Modbus-Schnittstelle mit dem Internet. Sie erlaubt das Auslesen der Maschinendaten und die Übertragung in Visualisierungsdienste und Serviceprozesse. Die Lösung arbeitet mit allen Maschinen zusammen, die vier Voraussetzungen erfüllen:

1. Die Maschine unterstützt das Modbus-RTU-Protokoll (andere Protokolle auf Anfrage möglich, siehe unten).

2. Die Belegung der Modbus-Register ist bekannt.

3. Sie nutzt die RS485-Schnittstelle für zweiadrige Kabel.

4. Sie kann als Modbus-Slave betrieben werden.

Das Grandcentrix-System für diese Modbus-Geräte besteht aus vier aufeinander abgestimmten Elementen:

  • Hardware: Die Vor-Ort-Installation ist ein Hardware-Modul für die Hutschiene, das als Gateway in das Industrial IoT dient. Die Datenübertragung in die Cloud geschieht dabei mit dem Mobilfunknetz. Das Modul wird über Standardnetzteile (5-24 Volt) mit Strom versorgt und arbeitet als Modbus-RTU-Master. Über die RS485-Schnittstelle kann es an bis zu 32 Modbus-Slaves (BUS-Teilnehmer) angeschlossen werden. Optional sind auch Konfigurationen mit bis zu 247 Modbus-Servern möglich. Für den Aufbau der Verbindung zum Internet besitzt das Hardware-Modul eine vorinstallierte Mobilfunk-SIM, die Daten über öffentliche Mobilfunknetze sendet und empfängt. Eine kostengünstige Flatrate rundet das Angebot ab.
  • Connectivity: Die Daten werden über das IoT-Mobilfunknetz Narrowband-IoT (NB-IoT) des Grandcentrix-Mutterunternehmens Vodafone übertragen. Es handelt sich dabei um ein sogenanntes LPWAN (Low Power Wide Area Network), das speziell für IoT-Verbindungen gedacht ist. Im Unterschied zu Geräten für andere Mobilfunknetze arbeiten NB-IoT-Geräte mit minimalem Energieaufwand. So haben Batteriegeräte Laufzeiten von mehreren Jahren. Zudem erlaubt das Netz auch den ungestörten Empfang hinter dicken Mauern und in Untergeschossen.
  • Datenservice: Die Lösung erlaubt den flexiblen Einsatz unterschiedlicher Backends. Wenn ein Kunde eine eigene Datenplattform nutzt, ist die bidirektionale Anbindung via MQTT oder HTTP möglich. Sollte ein Unternehmen noch keine Datenplattform verwenden, so kann es aus dem Angebot von Grandcentrix oder seinen Partnern eine geeignete Lösung auswählen. Sobald die Datenplattform arbeitet, können die Nutzer ihre die Daten aus dem Backend an weitere Anwendungen weiterleiten, etwa Dashboards zur Visualisierung. Um die Geräte-Verwaltung zu erleichtern, wird ein Self-Service-Portal (Backend & Frontend) bereits mitgeliefert. Dies beinhaltet neben der Konfiguration von Modbus-RTU-Geräten sowie BUS-Systemen auch einen Online-Live-Monitor sowie die flexible Datenanbindung durch bereitgestellte Cloud-Adapter.
  • Support: Ein initialer Support zur Inbetriebnahme (Geräte-Onboarding) mit persönlichem Ansprechpartner erleichtert den Einstieg. Neben dem Self-Service-Portal als Low-Code-Applikation steht für den Betrieb der Lösung zudem ein dauerhafter Support mit Service-Desk und Ticket-System bereit.
 

Das System ist nicht nur für Neugeräte gedacht, sondern kann nachträglich in vorhandene Geräte und Anlagen integriert werden. Zudem ist es möglich, über Modbus RTU zusätzliche Sensoren anzuschließen. Damit können auch Messwerte, die ältere Anlagen nicht bieten, in die Cloud-Lösung integriert werden. Da neben den grandcentrix-Lösungen ein zusätzliches Angebot von Systemanbietern existiert, können andere Protokolle wie BacNET, CANopen oder Modbus TCP auf Modbus RTU konvertiert werden

Das Ergebnis: Ein Lösungspaket zur Auf- und Nachrüstung von industriellen Geräten

Modbus Cloud Connect ist ein leicht zu konfigurierendes Lösungspaket für den Anschluss von Kompressoren. Es wird zusammen mit Neugeräten ausgeliefert oder nachträglich in Altgeräte integriert. Durch die Speicherung in einer Cloud-Plattform erlaubt es die einfache Weiterleitung der Daten in bestehende Serviceprozesse und neue Visualisierungsdienste.

Die Kommunikation geschieht über die in Deutschland und weltweit verbreiteten Mobilfunktechnologien Narrowband-IoT und LTE-M. Das System ist damit autonom und unabhängig von der auf dem Shopfloor vorhandenen Infrastruktur. Durch die einfache Verbindung werden sonst aufwändige Onboarding-Szenarien radikal vereinfacht.

Ein wichtiger Aspekt ist auch der Zugang zur Retrofit-Vernetzung. Auch ältere Kompressoren können sehr einfach mit Modbus Cloud Connect nachgerüstet werden. Grundsätzlich funktioniert das bei allen Geräten mit Modbus-Schnittstelle. Das betrifft eine Vielzahl der industriellen Geräte und Maschinen. Modbus Cloud Connect ist deswegen grundsätzlich für jede Industriebranche geeignet, lediglich die Registerbelegung und Parametrisierung muss spezifisch konfiguriert werden.

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