Digitale Infrastruktur für das industrielle Internet der Dinge

Doch um die neuen, digitalen Dienstleistungen anbieten zu können, braucht es mehr als smarte Objekte, die ihre Daten dem digitalen Zwilling zur Verfügung stellen, und geeignete Apps. Grundlage bildet eine digitale Infrastruktur. Sie beinhaltet die sowohl die Cloud-Plattformen als auch die Vernetzung (Konnektivität), die die notwendigen Verbindungen zwischen Sensorik im Feld und den cloudbasierten Applikationen bereitstellt. Die Anforderungen sind hoch: Neben der typischen Industrietauglichkeit (hohe Verfügbarkeit und garantierte Quality-of-Service) gilt es im IIoT (Industrial Internet of Things) vor allem für Flexibilität und Datensicherheit zu sorgen.

Moderne Netzwerke sehen Verbindungsmöglichkeiten zwischen allen Einheiten der Automatisierungslandschaft vor. Um den erhöhten Anforderungen industrieller Anwendungen zu genügen, empfiehlt sich eine Netzwerk-Architektur in mehreren Schichten und Segmenten.

In der Maschinen- oder Zellenebene (Steuerungen, dezentrale Peripheriebaugruppen, Umrichter, Bediengeräte) überwiegt die horizontale Kommunikation zum Austausch kleiner Datenpakete zwischen Maschinen und Zellen. Die Kommunikation muss mitunter zugleich deterministisch, fehlersicher, hoch verfügbar und zugriffsicher sein. Aus Gründen der Netzwerksicherheit empfiehlt es sich, auch auf dieser Ebene nur autorisierten Nutzern den Zugriff zu den Zellen zu erlauben (Zellenschutzkonzept). Das können am besten dedizierte Sicherheitsmodule wie die Scalance SC-600 Familie leisten, die über standardisierte Mechanismen wie Firewall und VPN-Verschlüsselung verfügen.

In der Hallenvernetzung, auf der unteren Aggregationsebene des sogenannten Distribution Layer, bieten sich aufgrund der größeren Entfernung Lichtwellenleiterverbindungen an. Zur Bewältigung der größeren Datenmengen eignen sich Netzwerkkomponenten wie Scalance XM-400 mit einer Übertragungsrate von bis zu 1 Gbit/s, die redundant miteinander verbunden sind.

Der im oberen Bereich des Distribution Layer angeordnete Industrial Backbone aus redundanten Lichtwellenleiterringen konzentriert die Daten aller unterlagerten Bereiche über redundante (Rack)Switches und bildet die Nahtstelle zur Office-IT. Hier beträgt die Übertragungsrate bis zu 10 Gbit/s. Der Übergang zum sogenannten Core Layer der Unternehmens-IT ist über Firewalls abgesichert, ebenso wie zu industriellen Rechenzentren, die an einem Produktionsstandort benötigte Informationen verarbeiten beziehungsweise bereitstellen. Die Scalance XR-500 Switches sind hier die erste Wahl.

Allerdings können über eine solche drahtgebundene Vernetzung nur Daten an die Cloud transportiert werden, wenn das entsprechende Feldgerät über einen Kommunikations-Anschluss verfügt. Doch Big Data ist auch für Objekte wie Transportbehälter, Werkzeuge oder die eigentlichen Produktionserzeugnisse interessant. Hier kommen verschiedene Funktechnologien wie Wireless LAN (WLAN), Radio-Frequency Identification (RFID) und Real-Time Locating Systems (RTLS) ins Spiel, die die Lücke zwischen (Ethernet-) Kommunikationsnetzen und den realen Produktionsobjekten schließen können.

Doch erstklassige Netzwerkkomponenten allein schaffen noch kein erstklassiges industrielles Kommunikationsnetzwerk. Ebenso wichtig ist eine auf die konkreten Anforderungen abgestimmte Auslegung des Netzwerks. Siemens bietet hierfür umfangreiche Dienstleistungen rund um industrielle Kommunikation, von der Schulung über Consulting und Design bis zur Integration und Implementierung. Die Kombination aus zukunftsfähiger Technik und deren optimaler Einsatz schafft bereits heute die Voraussetzung für neue, digitale Anwendungen in Fertigungsunternehmen.