Die kurze Antwort
Sie bekommen Daten eines installierten Sensors in die IT, ohne die SPS anzufassen, indem Sie neben dem Steuerungssystem einen IP-Datenpfad ergänzen. Ein Single-Pair-Ethernet-Adapter wird an ein 4-20-mA-, 0-10-V- oder Digitalsignal angeschlossen und publiziert den Wert als eigenes Netzwerkgerät über MQTT und REST. Hängt die SPS vom Signal ab, liest ein Inline-Schleifenmonitor die Stromschleife im Durchgang mit und sendet eine Kopie an die IT, während die SPS ihren Messwert behält.
Wie Sensordaten heute in die IT kommen
Die übliche Architektur leitet jeden Messwert zuerst durch das Steuerungssystem. Ein Messumformer ist auf einen SPS-Eingang verdrahtet, der Wert wird ins Programm gemappt, und ein Server oder Gateway im Schaltschrank stellt ihn der IT bereit, meist über OPC UA.
Das war sinnvoll, als das Steuerungsnetz geplant wurde. Seine Aufgabe ist es, die Maschine zuverlässig zu betreiben, und das leistet es gut. Daten für den Rest des Unternehmens kamen später hinzu und wurden dort abgeholt, wo die SPS sie gerade vorhielt.
Viele installierte Sensoren waren nie an eine SPS angeschlossen. Sie speisen eine lokale Anzeige oder einen Linienschreiber, und ihre Messwerte verlassen die Maschine nie.
Wo es schwierig wird
Jeder neue Datenpunkt wird zu einer Änderung am Steuerungssystem. Selbst ein Wert, auf den die SPS nie reagiert, braucht einen Eingang, ein Mapping, einen Test und die Freigabe der Verantwortlichen für die Maschine.
In einem Werk mit Maschinen verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Steuerungen wiederholt sich diese Arbeit an jeder Linie, oft jedes Mal mit einem anderen Integrator. Also warten Anfragen, und das Werk misst weiter Dinge, die außerhalb des Schaltschranks niemand sieht.
Steuerungsdaten und Informationsdaten sind verschieden
Manche Werte gehören zum Steuerungssystem: alles, was die SPS zum Betrieb der Maschine braucht, und alles, was von deterministischem Timing abhängt. Andere brauchen nur Instandhaltung, Energiemanagement, Qualität oder Analytik. Steuerungsdaten haben eine Steuerungsarchitektur. Informationsdaten müssen sie nicht übernehmen.
Ein schneller Weg, die Optionen zu vergleichen, ist die Frage, wo die erste IP-Adresse sitzt. Jeder Weg endet irgendwo in einem IP-Netzwerk. Wo diese Adresse sitzt, zeigt, wo die Protokollumsetzung stattfindet, wie viel vom Steuerungssystem abhängt und was sich ändern muss, wenn Sie den nächsten Datenpunkt hinzufügen. Mehrere Wege publizieren über MQTT, das Protokoll allein unterscheidet sie also nicht. Der Ort der Adresse schon.
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| Weg | Wo die erste IP-Adresse sitzt | Was sich in der SPS ändert | Was Sie hinzufügen | Passt am besten für |
|---|---|---|---|---|
| Über die SPS (Analogeingang, OPC UA) | An der SPS | Programmänderung und erneute Validierung | Nichts Neues | Werte, die das Steuerungsprogramm braucht |
| Gateway, das SPS oder Feldbus ausliest | Am Gateway im Schaltschrank | Der Wert muss bereits in der SPS oder im Feldbus vorliegen | Ein Gateway | Protokollumsetzung für Daten, die schon in der Steuerung liegen |
| IO-Link-Master (mit Analogwandler für 4-20 mA) | Am Master | Keine, wenn der Master direkt an die IT publiziert1 | Ein Wandler pro Sensor und ein Master | Neue Linien mit spezifizierten IO-Link-Sensoren |
| Remote-I/O-Station mit MQTT oder REST | An der I/O-Station | Keine2 | Eine I/O-Station, auf die die Sensoren verdrahtet sind | Viele Signale an einem Punkt gebündelt |
| Einen neuen vernetzten Sensor ergänzen | Im neuen Sensor | Keine | Ein neuer Sensor | Werte, die noch niemand misst, etwa Stückzahlen, Vibration oder Temperatur |
| Single-Pair-Ethernet-Adapter oder Inline-Schleifenmonitor | Am Adapter oder Monitor direkt am Sensor | Keine | Ein Adapter oder Monitor pro Sensor, dazu ein Feldswitch oder Medienkonverter | Installierte Sensoren, gemischte Bestände, Überwachungsdaten |
Die Spalte „Passt am besten für“ ist eine redaktionelle Einschätzung, keine belegte Aussage.
Quellen
- IO-Link-Master, die direkt an die IT publizieren: ifm IO-Link-Master mit IoT-Core und MQTT-Schnittstelle; Balluff BNI00 IO-Link-Master. Analog auf IO-Link: ifm Analog-IO-Link-Wandler.
- Remote-I/O mit MQTT und REST: Murrelektronik MVK Pro und IMPACT67 Pro.
Welcher Weg zu welchem Sensor passt
- Die SPS braucht den Wert für den Maschinenbetrieb. Lassen Sie ihn in der SPS. Braucht die IT ihn auch, setzen Sie periSNOOP in die 4-20-mA-Schleife: Die Schleife steuert weiter, und der Wert geht an die IT.
- Ein 4-20-mA-Sensor nur zur Überwachung. Schließen Sie ihn an periNODE 4-20mA an.
- Ein 0-10-V-Sensor nur zur Überwachung. Nutzen Sie periNODE 0-10V.
- Maschinenzustände, Stückzahlen oder Signalsäulen für OEE. Nutzen Sie periNODE GPIO.
- Modbus-RTU-Geräte. Nutzen Sie periNODE Modbus.
- Eine neue Linie mit bereits spezifizierten IO-Link-Sensoren. Nutzen Sie den IO-Link-Master.
- Lange Strecken, Prozessbereiche oder explosionsgefährdete Bereiche. 100BASE-T1 deckt Entfernungen in Maschinen und Gebäuden ab, und Perinet hat bis zu 180 m über installierte Cat-5e-Leitungen gemessen. Für Strecken im Kilometerbereich oder Prozessanlagen kommt 10BASE-T1L infrage, für explosionsgefährdete Bereiche Ethernet-APL. Perinet-Geräte sind nicht ATEX-zertifiziert und keine Ethernet-APL-Geräte.
periSNOOPDie SPS braucht das 4-20-mA-Signal
periNODE 4-20mA4-20 mA, nur Überwachung
periNODE 0-10V0-10 V, nur Überwachung
periNODE GPIOMaschinenzustände und Stückzahlen für OEE
periNODE ModbusModbus-RTU-Geräte
Nicht sicher, welcher Weg zu Ihrer Maschine passt?
Sagen Sie uns, welche Sensoren Sie haben und wovon die SPS abhängt. Ein Ingenieur schlägt Ihnen den einfachsten Weg vor.
Die letzten Meter
Installiert wird wenig. Der Adapter oder Schleifenmonitor sitzt direkt am Sensor und wird über ein einziges hybrides Single-Pair-Ethernet-Kabel (periLINE) angebunden, das 100BASE-T1-Daten und 24 V DC führt. Das Kabel führt zu einem periSWITCH Feldswitch oder zu einem periSTART Medienkonverter an einem Standard-Ethernet-Port.
Jedes Gerät meldet sich unter einem eigenen Hostnamen im Netzwerk, wird im Browser konfiguriert und publiziert seine Werte über MQTT oder REST. Sensor, SPS und SPS-Programm bleiben, wie sie sind.
Zwei Dinge sollten Sie einplanen. Die Geräte nutzen link-lokale IPv6-Adressen, daher sitzt der MQTT-Broker im selben Netzsegment, oder ein periMICA Edge-Computer in diesem Segment leitet die Daten an einen Broker an anderer Stelle weiter. Außerdem unterstützen die Geräte Mutual TLS: Wenn Sie es aktivieren, muss der Broker Client-Zertifikate akzeptieren.
Wo das eingesetzt wird
OEE-Überwachung für VerpackungslinienMaschinenzustände und Stückzahlen bestehender Linien liefern OEE-Daten in Echtzeit, ohne Änderung am Steuerungssystem.Zum Anwendungsfall
DruckluftüberwachungDruck und Durchfluss von Messumformern, die bereits an der Linie sitzen, machen Verbrauch und Leckagen laufend sichtbar, ohne manuelle Audits.Zum Anwendungsfall
Wo Perinet passt
Perinet stellt die Geräte für den letzten Weg in der Vergleichstabelle her: periNODE Adapter und den periSNOOP Schleifenmonitor, angebunden über periLINE an periSWITCH oder periSTART. Sie eignen sich für installierte Sensoren, die Sie nicht über die SPS neu verdrahten können oder wollen. Braucht die SPS den Wert oder sieht eine neue Linie bereits IO-Link vor, passt womöglich einer der anderen Wege besser.
Häufige Fragen
Lassen Sie den Sensor, wie er ist, und ergänzen Sie ein Gerät, das sein Signal liest und im Netzwerk publiziert. Ein Single-Pair-Ethernet-Adapter wie periNODE 4-20mA versorgt und liest den Messumformer und sendet den Wert über MQTT oder REST. Nutzt die SPS das Signal ebenfalls, liest ein Inline-Monitor wie periSNOOP die Stromschleife im Durchgang mit und sendet eine Kopie, während die SPS ihren Messwert behält.
Erfassen Sie die Signale, die OEE braucht, etwa Lauf, Stillstand, Störung und Stückzahl, direkt an der Maschine und senden Sie sie über einen separaten Datenpfad an die OEE-Software. Ein digitaler Adapter wie periNODE GPIO greift diese Zustände an vorhandenen Signalen ab und publiziert sie über MQTT, sodass SPS-Programm und Steuerungsnetz bleiben, wie sie sind.
IO-Link-Master und Remote-I/O-Stationen publizieren von einem zentralen Punkt an die IT, auf den die Sensoren verdrahtet sind. Die Alternative ist, die Netzwerkschnittstelle direkt an jeden Sensor zu setzen. Ein Single-Pair-Ethernet-Adapter oder Schleifenmonitor stellt die IP-Adresse selbst bereit und publiziert über MQTT und REST, ohne Master oder I/O-Station dazwischen. Was passt, hängt davon ab, ob die Sensoren neu oder bereits installiert sind und wie verteilt sie sitzen.
Für Maschinen und Gebäude reicht 100BASE-T1 in der Regel aus. Perinet hat bis zu 180 m über installierte Cat-5e-Leitungen gemessen, und die meisten Sensoren sitzen wenige Dutzend Meter vom Schaltschrank entfernt. 10BASE-T1L ist für Strecken bis etwa einen Kilometer in Prozessanlagen ausgelegt, mit 10 Mbit/s, und Ethernet-APL baut für explosionsgefährdete Bereiche darauf auf.
Nein. Der Ansatz basiert auf veröffentlichten Standards: IEEE 802.3bw für die Verbindung, IEC 63171-6 für den Steckverbinder, IPv6 und TLS für den Transport sowie MQTT und REST für die Daten. Jeder Broker, jeder Historian und jede Cloud-Plattform, die MQTT oder REST spricht, kann die Werte empfangen, ohne proprietären Treiber oder Middleware auf IT-Seite.
Perinet-Produkte sind weltweit über DigiKey und in Europa über Farnell erhältlich. ZentinelMDS ist Perinets Integrations- und Vertriebspartner für Spanien, Portugal und Lateinamerika. Für Projektmengen und technische Unterstützung wenden Sie sich direkt an Perinet in Berlin. Die Partnerseite listet alle aktuellen Distributions- und Integrationspartner.