White Paper: IIoT für OEMs Herunterladen
24-01-2020
5 min. Lesezeit
Sjors de Kleijn
Neuestes Update: 14-07-2021

Eine bessere Alternative für Datenlogger und Erfassungssoftware für SPS

In diesem Artikel werden die verschiedenen SPS-Datenprotokollierungssysteme erläutert und es wird eine alternative Lösung vorgestellt, die ohne zusätzliche Hardware oder Software auskommt.

Was ist Datenerfassung?

Die Datenerfassung bzw. DAQ (Data Acquisition) ist ein Prozess, bei dem Daten aus Industrieanlagen oder -umgebungen (z. B. Gebäuden) digitalisiert werden, um sie auf einem Computer, in einer SPS, auf einem Server oder in einer Cloud-Umgebung anzeigen, analysieren oder speichern zu können.

„SPS“ ist die Abkürzung für „Speicherprogrammierbare Steuerung“, ein industrialisierter Computer, der in der Industrie zur Steuerung von Motoren, Robotern und Sensoren (Transducern) eingesetzt wird (zum Beispiel an einer Produktionsstraße mit Antriebsmotoren für Förderbänder sowie verschiedenen beweglichen Armen und Hebeln usw.). Bei der SPS-Datenprotokollierung werden Daten aus Maschinen und angeschlossenen Geräten (Sensoren) für Analysen gesammelt. Ein Beispiel ist die Messung der Luftfeuchtigkeit in einem Fabrikofen als Digitalwert mit einem intelligenten Sensor. Um die Daten richtig auswerten zu können, werden sie mit einem Zeit- und Datumsstempel versehen.

Datenprotokollierung oder Erfassungssoftware/-systeme für SPS können zur Erfassung verschiedener Arten von Maschinen- oder Gebäudeinformationen eingesetzt werden, wie Schwingungen, Lichtintensitäten, Temperaturen, elektrische Ströme, Spannung, Schallfrequenzen und Druckmessungen. Die Aktivität von Maschinen und Peripheriegeräten kann große Mengen von Daten erzeugen, und einige dieser Daten können für Service-, Zustandsüberwachungs- oder Optimierungszwecke nützlich sein.

Datenerfassungssysteme (DAQ): Datenübertragung vom Sensor an die SPS und von dort an die Analysesoftware Datenerfassungssysteme (DAQ): Datenübertragung vom Sensor an die SPS und von dort an die Analysesoftware

Komponenten eines Datenerfassungssystems

Alle Datenerfassungssysteme bestehen aus drei wesentlichen Elementen:

  1. Sensoren
  2. Signalkonditionierung
  3. Analog-Digital-Wandler (ADW)

Moderne Datenerfassungssysteme können weitere Funktionen und Merkmale umfassen, z. B. Datenanalyse, Berichtssoftware, Netzwerkkonnektivität sowie Fernsteuerungs- und (Live-)Überwachungsoptionen wie Dashboards. Sie können den Echtzeitstatus der überwachten Geräte und Instrumente anzeigen oder Daten protokollieren und analysieren und Berichte drucken. In manchen Fällen ist die Software mit E-Mail- oder Alarmierungsfunktionen ausgestattet.

Eine eigene DAQ von Grund auf neu zu schreiben, ist nicht einfach. Eine benutzerfreundliche Datenprotokollierungslösung ist daher wahrscheinlich die bessere Wahl. Sie bietet eine schnelle und effiziente Möglichkeit, Daten zu analysieren. Es sind verschiedene Arten von Lösungen erhältlich, die Ihnen bei der Erfassung von Daten aus Ihrer SPS helfen können. Die verschiedenen Verfahren werden im Folgenden erläutert.

Verschiedene Arten von Datenerfassungssystemen

Zum Erfassen und Speichern von Daten aus Industrieanlagen stehen mehrere Verfahren zur Verfügung:

 

Datenerfassungssoftware

Datenerfassungssoftware kann auf vorhandenen Datenerfassungssystemen, Fernüberwachungssystemen und Steuerungssystemen ausgeführt werden. Je nach den Informationen, die von den Fernerfassungsmodulen eingehen, können Sie diese Software auf Computern und Steuerungen ausführen.

Datenerfassungsanwendungen gibt es in jeder Größenordnung: von einfachen Automatisierungssystemen bis hin zu komplexen, großen Fabrikautomatisierungsanlagen. So ist es beispielsweise durch Kombination von MMS oder Bedienfeldern mit SCADA-Software (Supervisory Control and Data Acquisition) möglich, Energieverbrauchsdaten von Energieüberwachungssystemen in Echtzeit anzuzeigen.

Datenerfassungssoftware hat den Nachteil, dass sie gewöhnlich nur über das Netzwerk (Werk oder Fabrik) oder System zugänglich ist, in bzw. auf dem sie installiert ist.

 

Datenerfassungssysteme

Ein Datenerfassungssystem, abgekürzt mit dem Akronym DAQ oder DAS, ist eine Sammlung von Software und Hardware zur Messung oder Kontrolle der physischen Eigenschaften eines Elements in der Fabrik. Ein komplettes Datenerfassungssystem besteht aus DAQ-Hardware, intelligenten Sensoren, Zählern und Aktuatoren, Signalkonditionierungshardware und einem Computer mit einer DAQ-Software.

Modulare Datenerfassungssysteme sind für komplexe Systeme mit einer großen Anzahl von Kanälen ausgelegt, in die mehrere Arten von Sensoren integriert sein müssen. Diese Systeme sind zwar teuer und in Bezug auf Integration und Verwendung komplexer, aber äußerst flexibel.

 

Datenerfassungsgerät

Ein Datenerfassungsgerät (USB, Ethernet, PCI usw.) umfasst Signalkonditionierung und einen Analog-Digital-Wandler. Diese Geräte sind flexibel und in vielen verschiedenen Anwendungen einsetzbar. Sie haben den Nachteil, dass sie an einen Computer angeschlossen werden müssen, um zu funktionieren.

 

Datenlogger (Hardware)

Datenlogger sind eigenständige Datenerfassungssysteme mit integriertem Prozessor und vordefinierter Software. Ein Datenlogger erfasst Daten und speichert sie lokal zur späteren Verwendung. Webfähige Datenlogger können online konfiguriert werden sowie Daten über ein Netzwerk austauschen oder in Cloud-Umgebungen speichern.

Datenlogger haben den Nachteil, dass sie keine Berechnungen anstellen können. Sie sind eine einfache Lösung, mit der sich Informationen aufnehmen und zu einem späteren Datum wieder abrufen lassen. Sie dürfen jedoch nicht vergessen, Ihre Daten zu sichern.

 

Fernbedienungsterminal (Remote Terminal Unit, RTU)

Ein Fernbedienungsterminal bzw. RTU (Remote Telemetry Unit oder Remote Telecontrol Unit) ist ein mikroprozessorgestütztes Gerät zur Überwachung und Kontrolle von Feldgeräten, die dann eine Verbindung zu Anlagensteuerungs- oder SCADA-Systemen herstellen können. RTUs gelten als bessere Wahl für breitere geografische Telemetrie, die drahtlose Kommunikation erfordert. RTUs haben den Nachteil, dass sie programmiert werden müssen, was besondere Kenntnisse voraussetzt.

 

Eine alternative Datenerfassungslösung für SPS

Eine SPS ist das Herzstück moderner Industrieanlagen. Sie wird in Industriesteuerungen (Industrial Control Systems, ICS) von Maschinen in einer großen Bandbreite von Industrien eingesetzt. SPS eignen sich besonders für Automatisierungsaufgaben in kleinerem Maßstab, wie Einzelmaschinensteuerungen (auslöserbetätigtes Ein- und Ausschalten) oder kleinräumige Gebäudeautomatisierung (Beleuchtung, Temperaturregelung usw.).

Um Maschinen zu überwachen und ihren Status zu überprüfen, müssen Sie auf die Daten zugreifen können, die von der SPS und zugehörigen angeschlossenen Komponenten generiert werden. Die oben erwähnten Datenerfassungslösungen lassen jedoch viel zu wünschen übrig. Sie bieten keinen Fernzugriff, keine Sicherungsmöglichkeiten, sind schwer einzurichten oder erfordern zusätzliche Hardwarekomponenten. Es gibt jedoch eine robuste Alternative für die Erfassung von Daten aus Industrieanlagen, die alle diese Anforderungen erfüllt: IXON Cloud.

 

Animation of data from sensor to PLC to IXON Cloud and dashboards

IXON Cloud: Datenerfassung und webbasierte Überwachung

Die IXON Cloud erleichtert die Protokollierung und Erfassung von Daten für alle Beteiligten. Sie erfasst Daten direkt aus Ihren Ethernet-fähigen Geräten (SPS, MMS, IPC, Frequenzumrichter, Laufwerke, Sensoren, intelligente Zähler usw.) ganz ohne Programmierungskenntnisse, zusätzliche Hardware oder Dritt-Softwareanwendungen.

Datenvariablen können in einer webbasierten Umgebung konfiguriert werden, wo Sie sie einfach an den IXrouter übermitteln, der an Ihre Geräte angeschlossen ist. Der IXrouter ist ein multifunktionaler VPN-Router und ein Gateway-Gerät, das zum Einrichten sicherer Verbindungen und Übertragen von Daten über MQTT verwendet werden kann und Edge-Computing-Funktionen bietet.

Der IXrouter überwacht mithilfe von Industrieprotokollen wie OPC-UA oder Modbus den Echtzeitstatus von SPS-Variablen. Sie können ihn anweisen, nur bestimmte Werte zu protokollieren (z. B. Minimum, Maximum, Durchschnitt usw.) und festlegen, wann er sie protokollieren soll (bei Änderungen, Auslösungen oder in einem bestimmten Intervall). Die Daten werden dann vom Router an die IXON Cloud übertragen. Beachten Sie, dass die Daten auf dem IXrouter gepuffert werden, um Unterbrechungen der Internetverbindung zu kompensieren. Sobald die Internetverbindung wiederhergestellt ist, werden die Daten übertragen. Alle Daten werden sicher in einem Cloud-Datenbankcluster gespeichert.

Die erfassten Daten können in Drag-and-Drop-Dashboards visualisiert und somit für die Fernzustandsüberwachung verwendet werden und lassen sich mittels Cloud-basierten Alarmen umsetzen. Es ist auch möglich, sie über die API in externe SaaS-Tools zu exportieren, um sie eingehender zu analysieren.

Die Einrichtung einer SPS-Datenerfassungsstrategie mit IXON hat folgende Vorteile:

  • Keine zusätzliche Software, Datenlogger-Hardware oder Programmierkenntnisse erforderlich
  • Schnelle Abtastrate von <5 ms
  • Erfassung in Abhängigkeit von Intervall (200 ms bis 1 h), Änderung oder Auslöser
  • Unterstützung aller wesentlichen Protokolle: OPC-UA, Modbus TCP/IP (z. B. für Siemens LOGO!), Siemens ISO, Ethernet/IP und BACnet
  • Unbegrenzter Speicher, Datenredundanz und Sicherungen in der Cloud
  • Sicherung und Überwachung täglich rund um die Uhr durch Sicherheitsexperten
  • Edge-Funktionen: Datenvorbereitung (Berechnungen) und Reduzierung der Bandbreite (lokale Pufferung)
  • Webbasierte Fernüberwachung von Daten mit anpassbaren Dashboards und einfacher Alarmkonfiguration
  • Effizientere Fehlerbehebung durch integrierten Fernzugriff auf Steuerungen, MMS-Bedienfelder und offene Webserver
  • Keine Kosten für Wartung, Elektrizität und zusätzliche Server oder PCs

Die folgende kurze Animation veranschaulicht die einfache Konfiguration der Data Logging-Funktion auf IXON Cloud:

Animation of IXON Cloud Data Logging from PLC to Cloud

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