In streng hierarchisch aufgebauten Automatisierungspyramiden gibt es verschiedene Ebenen: die Feldebene, die Steuerung (SPS), die Prozessleitebene, die Betriebsleitebene und die Unternehmensleitebene. Die einzelnen Ebenen sind streng voneinander getrennt und haben keine Verbindung zueinander. Im Sinn von Industrie 4.0 sollen aber alle Ebenen einfach und ohne grossen Aufwand miteinander kommu­nizieren. Um dies zu ermöglichen, müssen in allen Ebenen Systeme verfügbar sein, die beide Kanäle bedienen können. Um die horizontale und vertikale Kommuni­kationsebene bedienen zu können, muss ein Sensor bereits in der Hardware grund­legende Technologien mitbringen. Ausschliesslich Ethernet ermöglicht diese zweikanalige Kommunikation.

Industrie-4.0-fähige Sensoren

Industrie-4.0-fähige Sensoren sind von der Prozessortechnologie her dual aufgebaute Systeme. Das bedeutet, dass sich ein Prozessor um die Berechnung und Auswertung der Daten kümmert. Der zweite beschäftigt sich massgeblich damit, die gewonnenen Daten an der Schnittstelle zur Verfügung zu stellen. Wenn ein Sensor technisch die Möglichkeit hat, auf dem einen Kanal die Prozessdaten zu liefern und auf einem zweiten Kanal Diagnose- oder Statusdaten, muss definiert werden, wie die Daten übergeben werden sollen. Auf der Prozess­ebene wird dies durch Protokolle wie Profinet oder EtherCAT klar beschrieben und definiert. Der Sensor kann alle Möglichkeiten dieser Protokolle nutzen. Dabei geht es nicht nur darum, Daten an die Steuerung zu übergeben, sondern auch über die Steuerung die Geräte zu parametrieren.

OPC UA und Azure Cloud

Für den einfachen Datenzugriff über die einzelnen Ebenen hinweg sowie der Ebenen untereinander setzen sich zurzeit Kommu­nikationsstandards wie OPC UA durch. Mit diesem Standard ist es möglich, Daten durch alle Ebenen hindurch sowie in alle Ebenen hinein zu kommunizieren – bis in eine Daten-Cloud. In der Cloud angekommen, können die Daten ausgewertet werden. Hierfür bietet beispielsweise die Firma Microsoft eine spezielle, auf die Industrie zugeschnittene Cloud an: die Azure Cloud. In ihr ist es nicht nur möglich, Daten zu sammeln und zu bewerten, sondern auch, über sie direkt auf ein Gerät zuzugreifen, beispielsweise um ein Update der Firmware zu machen.

Sensoren mit «Integrated Connectivity»

Ein Sensor, welcher Prozessdaten an die Steuerung schickt, von einer Steuerung parametriert wird und gleichzeitig über Protokolle wie OPC UA oder HTML Diagnose­daten senden kann, bezeichnet Leuze electronic als einen Sensor mit «Integrated Connectivity». Solche mit dieser Technologie ausgestatteten Sensoren sind sozusagen Industrie-4.0-fähig.

Industrie-4.0-fähig ist ein Sensor auch dann, wenn Daten zum Condition Monitoring vorhanden sind. Im Sinn von Condition Monitoring sollten nicht nur Daten überall verfügbar sein, auch der Sensor selbst muss relevante Daten ermitteln und zur Verfügung stellen können.

Ein Beispiel: Damit ein optischer Sen­sor fehlerfrei funktioniert, muss die Optik schmutz­frei sein, sodass genügend Licht­energie hindurchgelangen kann. Die Information, ob die Scheibe durchlässig oder verschmutzt ist, kann von einem Indus­trie-4.0-fähigen Sensor selbst ermittelt und ausgegeben werden. Die Information, dass eine Optik gereinigt werden müsste, wird parallel zu den eigentlichen Prozessdaten über die OPC-UA-Kommunikation vom Sensor in die Cloud geschickt, dort bewertet und dargestellt. Die Cloud speichert nicht nur die Daten, sondern reagiert auf die ein­gehende Information und meldet die Wartung des Sensors zum nächsten Schicht­wechsel bei der Instandhaltung an.

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