Von in.hub für Predictive Maintenance Das Gateway als Auswertestation

Marco Neubert, in.hub: »Das Gateway HUB-GM100 übernimmt nicht nur die Protokollumsetzung und die drahtlose oder kabelgebundene Weiterleitung von Daten, sondern dient auch als Plattform für eigene Anwendungsprogramme.«
Marco Neubert, in.hub: »Das Gateway HUB-GM100 übernimmt nicht nur die Protokollumsetzung und die drahtlose oder kabelgebundene Weiterleitung von Daten, sondern dient auch als Plattform für eigene Anwendungsprogramme.«

Gateways für das Industrial IoT beschränken sich neuerdings nicht mehr auf Datenübertragungs- und Protokollkonverter-Funktionen, sondern kümmern sich auch um die Überwachung und Auswertung von Messdaten. Die in.hub GmbH hat jetzt die Master-Komponente eines solchen Gateway-Systems vorgestellt.

Die digitale Transformation der Industrie - Stichwort Industrie 4.0 - schreitet voran. Produktionsanlagen sind zunehmend digitalisiert und tauschen in Echtzeit Messdaten, Steuerungskommandos und Statusmeldungen aus. In einer derart intensiv vernetzten Umgebung kommt Gateways als Element der Netzwerkarchitektur eine besondere Bedeutung zu. »Sie fungieren erstens als ‚Stellwerk‘ für die Datenströme und zweitens als Übersetzer zwischen den unterschiedlichen Protokollen angeschlossener Messwertaufnehmer und Regelstrecken einerseits und einer übergeordneten Geschäfts-IT andererseits«, erläutert Marco Neubert, Inhaber und Geschäftsführer von in.hub. »Gateways vermitteln die gemessenen Zustandsdaten aus dem Shopfloor und der Feldbusebene an die Server der übergeordneten SCADA-Ebene. Auch die in Gegenrichtung laufenden Steuerungsdaten werden in den Gateways analysiert, gegebenenfalls auf eine andere Protokollebene umgesetzt und an die Aktoren der Regelstrecke weitergeleitet.« All das muss in Echtzeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit erfolgen. Damit kommt den Gateways eine tragende Rolle in allen Konzepten mit vernetzter Produktion zu.

Einen solchen Gateway-Rechner mit zusätzlichen Fähigkeiten hat der Chemnitzer Systemintegrator und Systemlieferant in.hub entwickelt: Unter dem Namen HUB-GM100 steht jetzt die Master-Komponente des modular erweiterbaren Konzepts von in.hub für Schaltschrank-Geräte mit Hutschienen-Montage bereit. Das Gateway ermöglicht die Vernetzung verschiedener Sensor-, Maschinen- und Anlagetypen durch die Bereitstellung passender Schnittstellen – eine typische Aufgabe für Gateways im Allgemeinen. Es kann aber noch mehr: »Anders als handelsübliche Master-Module bietet das HUB-GM100 diverse Schnittstellen, die den direkten Anschluss von Sensoren an das Modul erlauben«, betont Marco Neubert. »Zudem übernimmt es nicht nur die Protokollumsetzung und die drahtlose oder kabelgebundene Weiterleitung von Daten, sondern dient auch als Plattform für eigene Anwendungsprogramme.« Dies reiche von vergleichsweise simplen Alltagsaufgaben in der Industrie wie Überwachung von Temperatur und Luftfeuchte bis hin zu komplexen statistischen Auswertungen. Nutzer könnten damit ihre Prozesse und Maschinen engmaschig und zeitnah überwachen, um die gewonnenen Daten für Aufgaben wie Maschinendiagnostik, Predictive Maintenance oder Prozessoptimierung zu nutzen.

Hierzu erfasst das HUB-GM100 mittels geeigneter Sensoren an den zu überwachenden Maschinen und Motoren Parameter wie Vibrationen, Drehzahl oder Temperatur. Gleichzeitig wertet das Gerät die Maschinen- und Prozessdaten aus. Ausgangssignale sendet es beispielsweise an SPSen, an eine nachgelagerte betriebliche IT oder in die Cloud. Aus der statistischen Auswertung der Messdaten sowie den Maschinen- und Prozessdaten erkennt das Gerät Abweichungen von der Norm. »Anwender können so beispielsweise eine Bandbreite für den Normalbetrieb sowie Schwellwerte für die Ausgabe von Warn- und Alarmmeldungen festlegen«, legt Marco Neubert dar. »Bei Verletzung des Schwellwerts gibt die Software eine entsprechende Meldung an den Operator aus. So kann sie bewirken, dass ein Schaden gar nicht erst entsteht, sondern bereits im Vorfeld erkannt wird und die richtigen Maßnahmen eingeleitet werden.« Oder – der Firmenchef nennt ein anderes Beispiel: »Mithilfe des Gateways und der entsprechenden Software können Anwender die erhobenen Messdaten einer statistischen Auswertung zuführen und direkt vor Ort visualisieren. Nutzer können damit etwa betriebliche, betriebswirtschaftliche oder organisatorische Statistiken erstellen. Ein möglicher Anwendungsfall wäre eine Übersicht über den Energieverbrauch der angeschlossenen Umgebung, mit der Chance, nach nutzerspezifischen Kriterien Vergleiche anzustellen.«

Für die nötige Rechenleistung sorgt ein 32-Bit-Prozessor aus Texas Instruments‘ Sitara-Familie mit einem Arm-Cortex-A8-Kern, der auf 1 GB Arbeitsspeicher in DDR3L-Technik zugreift. Als Permanentspeicher dient eine eMMC-Karte mit 8 GB. Zur Kommunikation mit der Außenwelt bietet das HUB-GM100 zahlreiche Schnittstellen, darunter zwei Ethernet-Interfaces (100 Mbit / 1 Gbit), Micro-USB, CAN, RS-485 sowie je zwei GPIO- und Analog-Schnittstellen. Für die drahtlose Kommunikation stehen die Funktechniken WLAN, ZigBee und Bluetooth zur Verfügung. Über einen Backplane-Bus auf der Rückseite lässt sich das HUB-GM100 mit bis zu zehn aktuellen und zukünftigen Add-on-Funktionsmodulen erweitern. Die Geräte werden dabei auf der Hutschiene des Schaltschranks mittels eines speziellen Konnektors zusammengesteckt, der auch die Stromversorgung übernimmt. Aktuell verfügbar ist ein Modul für Energie-Monitoring. Es erweitert die Palette der Schnittstellen des HUB-GM100 um zwölf AC-Stromsensoren für Ströme bis maximal 600 A und Frequenzen bis zu 1 kHz.