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Digital und unabhängig mit MTConnect

Der digitale Wandel fordert die zunehmende Vernetzung von verschiedenen Unternehmen, Produktionsstandorten, Maschinen und Komponenten. Nach und nach richten Hersteller ihre Maschinen deshalb auch auf den Austausch von Informationen aus.

Doch viele Maschinen, die aktuell in der Prozessindustrie im Einsatz sind, agieren noch als in sich geschlossene Einheiten. Größtenteils verfügen die Maschinen zwar über Sensoren zur Erfassung, etwa von Temperaturen, Sollwerten und Zykluszeiten. Dennoch fehlt ihnen die Fähigkeit, diese wertvollen Daten weiterleiten zu können. Damit könnte die Digitalisierung bereits in der Maschine enden.

So profitieren Sie von MTConnect:

  • Die digitale MTConnect-Schnittstelle für den WAGO-Controller PFC100 ermöglicht die Vernetzung von Maschinen über einen lizenzfreien Open-Source-Standard.
  • MTConnect als universelle digitale Schnittstelle basiert auf einem einfachen ETHERNET-Standard und lässt sich so problemlos in vorhandene Maschinen integrieren.
  • Das einfache Konzept erlaubt Unternehmen mit komplexen Maschinen und Prozessen die mühelose Digitalisierung ihrer Fertigungsumgebung.

Das steht im Widerspruch zum Grundgedanken von Industrie 4.0: „Daten sammeln und nutzen, um Prozesse effektiver zu gestalten und maximal effizient zu produzieren und damit Wettbewerbsvorteile zu schaffen“. Somit kann Industrie 4.0 nur funktionieren, wenn alle relevanten Informationen zur richtigen Zeit verfügbar sind. Dadurch wird es immer wichtiger, jeden Aspekt eines Fertigungsbereichs in Echtzeit überwachen, anpassen und steuern zu können. Maschinen müssen somit in der Lage sein, untereinander und mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren. Aus diesem Grund setzen sich Ansätze, die einen gemeinsamen Kommunikationsstandard anstreben immer stärker durch.

Eine einheitliche Maschinensprache?

Obwohl die große Vision einer einheitlichen Maschinensprache so einfach und logisch klingt, gibt es bisher nur wenige konventionelle Lösungsansätze. Diese sind meist schwierig und kostspielig umsetzbar. Wenn beispielsweise eine Maschine bereits über einen Controller verfügt, kann die Programmierung so verändert werden, dass eine Weiterleitung der wichtigen Daten über ein Netzwerk ermöglicht wird. Das Programm des Controllers muss in jedem Fall professionell überarbeitet werden. Klingt zeitaufwendig und teuer – ist es auch.

Viele Maschinen, viele Lösungen

Ein anderer Ansatz besteht darin, jede Maschine mit einer individuellen Applikation auszustatten, die diese überwachen kann. Wenn allerdings mehrere Maschinen in einem Fertigungsbereich vorhanden sind, bedarf es für jede einzelne Maschine einer individuellen Applikation, deren Entwicklung sehr arbeitsaufwendig sein kann. Zusätzlich muss jede Applikation individuell gewartet und dokumentiert werden. Doch gibt es eine einfachere Lösung zur Erfassung und Verarbeitung von Daten unterschiedlicher Maschinentypen, um den Industrie-4.0-Gedanken zu realisieren? Eine universelle, standardisierte Maschinensprache?

Lösungen am Markt

Allerdings gibt es längst nicht die eine Maschinensprache. In Deutschland und Europa setzen Unternehmen vielfach auf OPC UA als gängiges M2M-Kommunikationsprotokoll in der industriellen Produktion, wenn es darum geht, Daten unterschiedlicher Maschinentypen zu erfassen und in Informationen zu verwandeln. Besonders in Nordamerika macht seit gut zehn Jahren jedoch ein anderer, durchaus interessanter Standard von sich reden: MTConnect. Der Startschuss für das Projekt fiel im Jahr 2006 auf der Jahrestagung der AMT (Association for Manufacturing Technology, die US-Organisation ist vergleichbar mit dem VDMA). Damals bestand das Grundproblem der produzierenden Industrieunternehmen darin, dass es keine einheitliche Sprache zwischen Werkzeugmaschinen und den anderen Anlagen in der Produktion gab. Schon 2008 entstand mit MTConnect 1.0 der erste Standard zur Erfassung sämtlicher Maschinendaten auf übergeordneter Unternehmensebene. Im Jahr darauf wurde das MTConnect Institute gegründet, das sich mit der Weiterentwicklung der Standardsprache beschäftigt.

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Erfassen, übersetzen und präsentieren mit geringem Aufwand

Die Überwachung von Maschinen kann eine Vielzahl von Problemen aufdecken und melden, bevor kostspielige Defekte auftreten. Sie liefert konkrete Zahlen über die Zykluszeiten und unterstützt damit Planung und Logistik. Hier setzt MTConnect an, das es Unternehmen im Wesentlichen ermöglicht, Arbeitsabläufe in Fertigungsbereichen zu visualisieren und zu optimieren, um durch die gewonnen Informationen Einsparpotentiale und Handlungsbedarf aufzudecken. Der lizenzfreie Open-Source-Standard nutzt bewährte Internetprotokolle zur Umwandlung der Daten von Fertigungsanlagen in ein standardisiertes Format. Im Prinzip werden die erfassten Maschinendaten einer Applikation zugänglich gemacht, die sie in lesbare Messdaten übersetzt, wodurch eine Fernüberwachung von Status und Aktivität einer Maschine ermöglicht wird.

Adapter, Agent und Applikation

Der Standard MTConnect besteht aus drei Komponenten: einem Adapter, einem Agent und einer Applikation. Der Adapter erfasst Maschinendaten, normiert sie und überträgt sie zum Agent. Der Agent folgt einem vorgeschriebenen XML-Schema, das die Daten in einem Standardformat organisiert, ganz gleich, welcher Maschinentyp überwacht wird. Der Agent speichert die Daten zwischen und leitet sie auf Anfrage zur Applikation weiter. Anschließend können die von der Applikation in einer Datenbank gespeicherten Daten auf verständliche Weise dargestellt werden. Theoretisch können Adapter und Agent in einer Only-Agent-Lösung auch getrennt voneinander betrieben werden. Zur Veranschaulichung der Leistungsdaten der Maschinen werden Diagramme oder Tabellen genutzt, die für die Anwender leicht verständlich sind.

Digitale Schnittstelle für nahtlose Kommunikation

MTConnect kann somit als eine universelle digitale Schnittstelle gesehen werden. Da sie auf einem einfach Ethernet-Standard basiert, lässt sie sich mühelos und ohne Prozessunterbrechungen in vorhandene Maschinen integrieren. Diese Lösung bietet einen lizenzfreien Open-Source-Standard, der die Informationen erfasst und sie zu einer Analysesoftware weiterleiten kann. MTConnect integriert sich als Schnittstelle in Fabriken und verbindet den Datenauffangbehälter mit der Applikation, verbindet diese wiederum mit einer HTML-Website und stellt anschließend die Effizienz des Standortes im Vergleich zu anderen Standorten dar. Mit diesem einfachen Konzept können Unternehmen mit komplexen Maschinen und Prozessen ihre Fertigungsumgebung mühelos digitalisieren.

Controller PFC100 von WAGO kann jetzt MTConnect

Viele Maschinen sind für eine direkte Verbindung zum Adapter und Agent von MTConnect nicht ausgelegt. Deshalb hat WAGO für seinen Controller PFC100 nun eine digitale Schnittstelle entwickelt, die den nahtlosen Übergang zu einem digitalisierten Fertigungsbereich ermöglicht. Diese umfassende digitale Schnittstelle verfügt über ein industrielles PFC100-Eingangssystem, in dem Adapter und Agent von MTConnect bereits integriert sind. Physisch kommt diese im Format einer SD-Karte, die einfach in den dafür vorgesehenen Slot am PFC100 eingesetzt wird. Eine Programmierung ist nicht notwendig. Maschinendaten, wie etwa Signalsäulen, Energieverbrauch, Motordrehzahlen oder Ähnliches können einfach aufgerufen werden. Die Eingänge werden über den Webbrowser konfiguriert und in Echtzeit analysiert. Lediglich eine Softwareapplikation, die die Daten in verständliche Diagramme oder Tabellen konvertiert, wird zusätzlich benötigt. Anhand der visualisierten Daten können Unternehmen die Gesamteffizienz ihres Fertigungsbereichs überwachen, nachverfolgen, auswerten und in letzter Konsequenz wirtschaftlicher machen.

Schutz vor unerlaubtem Zugriff

Bei MTConnect handelt es sich um einen reinen Read-Only-Standard. Das bedeutet, dass Informationen gesammelt und an eine Leitebene transportiert werden, auf der sie ausgewertet werden. Die Leitebene sendet jedoch keine Informationen an die einzelnen Maschinen. Im Gegensatz zu OPC UA erfüllt MTConnect keine definierten IT-Sicherheitsregularien. Dies kann sowohl Vorteile als auch negative Aspekte mit sich bringen. Durch die Nutzung der Steuerung PFC100 kann die Lücke allerdings einfach und sicher geschlossen werden, denn hier werden sämtliche Daten aus dem Produktionsbereich schon im Controller verschlüsselt und über eine sichere OpenVPN- bzw. IPsec-Verbindung an die Leitebene transportiert. Damit ist der Standard MTConnect sowie die Lösung einer digitalen Schnittstelle für den PFC100 von WAGO besonders interessant für Unternehmen, die auch auf dem nordamerikanischen Markt aktiv sind. Aktuell unterstützt WAGO den Standard MTConnect 1.3.

Text: Benjamin Böhm, Julia Grobe | WAGO

Foto: WAGO

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