Produktübersicht
Gefran hat in Zusammenarbeit mit 40Factory MAX, die neue industrielle IoT-Lösung für Maschinenbauer und Fertigungsunternehmen, auf den Markt gebracht.
MAX ist eine Lösung, die auf einer Reihe von Docker-Microservices basiert, die alle Aspekte der Datenkette abdecken. Von der Datenerfassung von SPSen (Datenschicht) bis zur Visualisierung der Analyseergebnisse im Web (Web-Ebene).
Auf der Ebene der „Datenschicht“ umfassen die wichtigsten Dienste die Datenerfassung von der SPS, die Datenaggregation und -speicherung, die Übertragung in die Cloud, die Erkennung von Anomalien und das Schreiben von Daten an die SPS.
Auf der „Web-Ebene“ gehören folgende Dienste zu den wichtigsten: Benutzerauthentifizierung, Datenverwaltung, regelbasierte Erstellung von Warnmeldungen, Bildanalyse und Datenübertragung an das Frontend (d. h. die Anzeigeoberfläche).
Diese Microservices bilden die Grundlage für alle MAX-Kernmodule sowie für zusätzliche Funktionen. Darüber hinaus ist es möglich, ausgehend von dem in der Webebene implementierten Datenmanager APIs (Application Programming Interfaces) bereitzustellen, um Daten aus MAX in Drittanwendungen zu integrieren.
MAX-Systemarchitekturen
Die MAX-Systemarchitekturen unterscheiden sich in erster Linie durch die Art und Weise, wie die Erstellung und Anzeige von Dashboards verwaltet wird.
Wenn die Erstellung und Anzeige von Dashboards vollständig lokal verwaltet wird, spricht man von einer Edge-Architektur
– Die einfachste Architektur umfasst ein einziges Edge-Gerät, das alle Dienste lokal implementiert, ohne sich mit der Cloud zu verbinden; die Anzeige erfolgt über das Maschinenbedienfeld oder den lokalen PC
– Im Rahmen der Weiterentwicklung der bisherigen Architektur erfolgt eine Verbindung zur Cloud, was die Installation von Dockern auf dem Edge-Gerät über den vom MAX Control Center verwalteten Portainer-Dienst ermöglicht
– Im Zuge einer weiteren Verallgemeinerung der Edge-Architektur werden mehrere Edge-Geräte installiert (z. B. je Maschine ein Gerät); Authentifizierungs-, Historisierungs-, Back-End- und Front-End-Funktionen können auf einem einzigen Gerät auf Werksebene zentralisiert werden.
Edge-Architekturen eignen sich besonders für unternehmenskritische Anwendungen und hohe Datenaustauschvolumina. Auf der anderen Seite benötigen sie mehr Hardware auf lokaler Ebene und sind etwas komplexer zu konfigurieren.
Wir sprechen von einer hybriden Architektur mit einer Cloud-Komponente, wenn die Erstellung und Visualisierung von Dashboards auf der Web-Ebene stattfindet. Die Daten werden von einem oder mehreren Edge-Geräten gesammelt und in die Cloud übertragen.
Es gibt immer zwei Cloud-Schichten: eine, die dem Kunden gehört und in der die Daten gespeichert sind, und eine, die von 40Factory im Auftrag von Gefran verwaltet wird und in der die MAX-Module implementiert sind. Auf diese Weise bleiben die Daten immer unter der Kontrolle des Kunden, während die Verwaltung der MAX-Anwendungen zentralisiert ist, was eine maximale Verfügbarkeit und ständige Aktualisierung gewährleistet. Da beide Schichten auf Microsoft Azure implementiert sind, ist die Kommunikation von Cloud zu Cloud schnell und einfach zu konfigurieren. Der Cloud-Zugriffsmodus eignet sich besonders für geografisch verteilte Maschinenparks und ermöglicht eine Reduzierung der in der Anlage implementierten Hardware-Infrastruktur.
Integration von MAX in G-Mation
Die G-Mation-Plattform eignet sich besonders gut für die Implementierung von MAX sowohl im Full-Edge- als auch im Hybrid-Modus.
Mithilfe der Docker-Architektur können MAX-Docker-Anwendungen, auch auf bereits im Einsatz befindlichen Maschinen, einfach implementiert und aktualisiert werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Webserver-Architektur von G-Mation dank der NGINX-Technologie die Verwaltung zusätzlicher Backends. Dies erfolgt neben der in die SPS für die Maschinensteuerung und -konfiguration integrierten Architektur.
Insbesondere über das in MAX Dockers enthaltene Backend kann die Anwendung mit ihren Modulen direkt im webbasierten G-Mation-Bedienfeld aufgerufen werden.
Das ist ganz einfach – wie das Öffnen eines neuen Fensters im Browser Ihres PCs.
Ein weiterer Hauptvorteil der Integration von MAX in G-Mation ist der direkte Zugriff auf die SPS-Daten: Es wurde ein „Datensammler“-Docker eingerichtet, der die SPS-Variablen direkt auf die interne MAX-Datenbank abbildet, wodurch die Geschwindigkeit des Datenzugriffs erhöht wird und die Notwendigkeit entfällt, die Kommunikation auf Protokollen außerhalb der SPS zu programmieren.
Was die hybride Implementierung mit Cloud-Zugang betrifft, so ermöglicht die Verfügbarkeit eines dockerisierten VPNs direkt auf der G-Mation-SPS den sicheren Zugang zur MAX-Cloud-Plattform, ohne zusätzliche Gateways passieren zu müssen.
Für eine vollständige Edge-Implementierung ermöglichen die 8-GB-Speicher und die Multicore-CPU-Architektur die lokale Implementierung vieler MAX-Funktionen, ohne dabei die Maschinensteuerung in irgendeiner Weise zu verlangsamen.
Verwendung eines einzigen Edge-Geräts zur Verwaltung mehrerer Maschinen
In manchen Produktionslinienkonfigurationen kann es sinnvoll sein, ein einziges Edge-Gerät zur Verwaltung mehrerer Maschinen zu konfigurieren.
Dieses Edge-Gerät kann mit einer SPS an Bord einer der Maschinen oder als unabhängiger Industrie-PC implementiert werden.
In dieser Konfiguration müssen die Kommunikationsflüsse zwischen allen Maschinen und dem Edge-Gerät eingerichtet werden.
Die MAX-Edge-Geräte sind über eine Reihe von Standard-Automatisierungsprotokollen mit verschiedenen SPS verbunden. Diese Protokolle, einschließlich Modbus, OPC Unified Architecture (OPC UA) und EtherNet/IP, wurden entwickelt, um einen nahtlosen Datenaustausch zwischen verschiedenen Hardware- und Softwareplattformen zu gewährleisten.
Die Grundlage der Kommunikation zwischen den MAX-Edge-Geräten und den SPSen ist überwiegend einseitig. Dieser Ansatz konzentriert sich in erster Linie auf das Auslesen von Daten aus SPSen in MAX Edge-Geräte. Die Bedeutung der Nur-Lese-Kommunikation liegt in ihrer Fähigkeit, das Risiko einer unbeabsichtigten Unterbrechung des SPS-Betriebs zu minimieren.
Es gibt auch Anwendungsszenarien, die eine bidirektionale Kommunikation zwischen MAX-Edge-Geräten und SPSen erfordern. Eine wichtige Anwendung der bidirektionalen Kommunikation ist die Verwaltung von Produktionsaufträgen. Diese Art der bidirektionalen Kommunikation wird nur durchgeführt, wenn das Modul „Job Executor“ in der MAX-Konfiguration konfiguriert ist.