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Cloud Computing Effizientere Prozesse dank Cloud Computing mit Proficloud

| Autor / Redakteur: Arno Martin Fast, B.Eng. / Jan Vollmuth

Kräuterzucker hat das Schweizer Unternehmen Ricola bekannt gemacht. Dass Süßes und moderne Technologien einander nicht ausschließen, zeigt der Einsatz der Proficloud von Phoenix Contact: Sie unterstützt Ricola bei der wirtschaftlichen Umsetzung der strengen FDA-Anforderungen.

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Kräuterzucker hat das Schweizer Unternehmen Ricola bekannt gemacht. Dass Süßes und moderne Technologien einander nicht ausschließen, zeigt der Einsatz der Proficloud von Phoenix Contact im Unternehmen.
Kräuterzucker hat das Schweizer Unternehmen Ricola bekannt gemacht. Dass Süßes und moderne Technologien einander nicht ausschließen, zeigt der Einsatz der Proficloud von Phoenix Contact im Unternehmen.
(Bild: Phoenix Contact )

Ein Unternehmen mit langer Tradition: Die 1930 als Confiserie Richterich & Compagnie im nordwestschweizerischen Laufen gegründete Ricola AG befindet sich auch in der dritten Generation im Familienbesitz. Als Pionier im naturgemäßen Kräuteranbau exportiert das Unternehmen 90 Prozent seiner Kräuterspezialitäten in mehr als 50 Länder. Umsatzstärkste Märkte sind die USA, Deutschland, Frankreich, Italien und die Schweiz. Die 400 internationalen Mitarbeiter erzielen einen jährlichen Umsatz von rund 300 Millionen Schweizer Franken.

Lückenlose Dokumentation mittels Cloud Computing

In der Produktionsstätte von Ricola werden jährlich sieben Milliarden Bonbons hergestellt.
In der Produktionsstätte von Ricola werden jährlich sieben Milliarden Bonbons hergestellt.
(Bild: Phoenix Contact )

Die Entwicklung neuer Bonbons und Erschließung weiterer Märkte ist oftmals mit einer zusätzlichen Zertifizierung der Erzeugnisse verbunden. Der Verkauf in den USA erfordert beispielsweise die Erfüllung der hohen FDA-Anforderungen (Food & Drug Administration). Für die damit einhergehende lückenlose Dokumentation von Lager- und Produktionsprozessen nutzt Ricola die Möglichkeiten des Cloud Computing.

Zahlreiche Unternehmen sehen in dieser Technologie eine schwer greifbare Vision. Durch die zunehmende Vernetzung von intelligenten Internet-fähigen Geräten und den daraus gewonnenen Daten sollen sich Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit erhöhen, doch die konkrete Umsetzung und der sich ergebende Nutzen sind noch unklar. Wie eine wirtschaftliche Lösung aussehen kann, zeigt die Kombination bewährter Automatisierungstechnik mit der Proficloud von Phoenix Contact.

Proficloud-Technologie koppelt Profinet mit dem Internet

Im Kräuterzentrum werden die Pflanzen getrocknet, gereinigt, geschnitten, gelagert und gemischt.
Im Kräuterzentrum werden die Pflanzen getrocknet, gereinigt, geschnitten, gelagert und gemischt.
(Bild: Phoenix Contact )

Der Industrial-Ethernet-Standard Profinet erlaubt die Realisierung vielfältiger Automatisierungskonzepte – vom Maschinenbau und der Fertigungstechnik über die Prozess- und Gebäudeautomation bis zur Antriebstechnik. Das echtzeitfähige Übertragungsprotokoll verwendet dazu den TCP/IP-Kanal sowie IT-Standards und bindet neben Feldbus- ebenso cloudbasierte Systeme ein. Durch den Einsatz der Proficloud-Technologie lassen sich jetzt Profinet-Netzwerke der Automatisierungstechnik – wie sie Ricola betreibt – mit dem Internet koppeln. Damit stehen dem Anwender die unbegrenzten Möglichkeiten des Internet of Things (IoT) zur Verfügung.

Was hat das IoT aber mit der Herstellung von Kräuterspezialitäten zu tun? Die Ricola-Kräuter werden von rund 100 Kräuterbauern in fünf Regionen im Schweizer Berggebiet angebaut. Jährlich werden 1400 Tonnen Kräuter verarbeitet, die optimal zu lagern und zu verarbeiten sind. Deshalb befinden sich sowohl die Verwaltung als auch die Lager- und Produktionsstätten in Laufen, allerdings in verschiedenen Ortsteilen. Die dezentrale Anordnung der einzelnen Gebäude bedeutet, dass relevante Informationen möglichst kostengünstig zwischen ihnen ausgetauscht werden müssen. Außerdem sollte die Lösung in die bestehende Automatisierungstechnik integriert werden.

Datenaustausch über weite Strecken

Daniel Bhend, Bereichsleiter Technik/Engineering bei Ricola, hat gemeinsam mit dem Integrator Kundert Automation AG und den Spezialisten von Phoenix Contact eine effiziente Lösung entwickelt.
Daniel Bhend, Bereichsleiter Technik/Engineering bei Ricola, hat gemeinsam mit dem Integrator Kundert Automation AG und den Spezialisten von Phoenix Contact eine effiziente Lösung entwickelt.
(Bild: Phoenix Contact )

Daniel Bhend, Bereichsleiter Technik/Engineering bei Ricola, hat daher gemeinsam mit dem Integrator Kundert Automation AG und den Spezialisten von Phoenix Contact eine effiziente Lösung erarbeitet: Zum Datenaustausch über weite Strecken wird eine Kombination aus standardisierten Kommunikationsprotokollen der Automatisierungstechnik und das Internet genutzt.

Im Lager installierte Sensoren nehmen die dort herrschenden Bedingungen ständig auf.
Im Lager installierte Sensoren nehmen die dort herrschenden Bedingungen ständig auf.
(Bild: Phoenix Contact )

In der Applikation bei Ricola müssen Informationen über den Zustand der rund 15 Kilometer von der Produktionsstätte entfernt gelegenen Lagerräume an das zentrale Prozessleitsystem (PLS) übertragen werden. Dazu waren die erfassten Messwerte via Profinet-Protokoll an das PLS zu senden. Die betreffende SPS übernimmt auch die Funktion eines Profinet Controllers, weshalb sich hier die Verwendung der Proficloud anbietet. Dies, weil sich eine Proficloud-Anwendung standardmäßig aus mindestens einem Proficloud-Koppler, einem Proficloud-Device und einem Profinet-Controller zusammensetzt.

Rasche Kopplung ans Internet

Mit der Steuerung AXC Cloud-Pro und den angereihten E/A-Modulen werden die Daten mehrerer in den Lagerräumen verteilter Temperatursensoren erfasst.
Mit der Steuerung AXC Cloud-Pro und den angereihten E/A-Modulen werden die Daten mehrerer in den Lagerräumen verteilter Temperatursensoren erfasst.
(Bild: Phoenix Contact )

Der Proficloud-Koppler bindet das lokale Profinet-Netzwerk über zwei Ethernet-Interfaces an die Proficloud an. Während die eine Schnittstelle dem Anschluss an das lokale Profinet-System in der Produktionsstätte dient, erfolgt die Ankopplung an das Internet über das zweite Ethernet-Interface. Anschließend initiiert der Koppler automatisch eine Verbindung mit der Proficloud und ist nach kurzer Zeit einsatzbereit. Gleiches gilt für die Proficloud-Devices, die ebenso einfach an das Internet angeschlossen werden und sich automatisch mit der Proficloud verbinden.

Topologie der Proficloud-Anwendung bei Ricola.
Topologie der Proficloud-Anwendung bei Ricola.
(Bild: Phoenix Contact )

Bei Ricola erfassen die dezentral installierten Proficloud-Steuerungen AXC Cloud-Pro über anreihbare E/A-Module der Produktfamilie Axioline F die Daten mehrerer in den Lagerräumen verteilter Temperatursensoren und übermitteln sie via Internet an den Proficloud-Koppler. „Durch die Nutzung der Proficloud ersparen wir uns den Aufbau einer aufwändigen Netzwerkinfrastruktur“, berichtet Daniel Bhend. Der von Ricola beauftragte Systemintegrator Kundert Automation AG musste lediglich die Proficloud-Devices mit der UUID (Universal Unique Identifier) in der Proficloud registrieren und dem zentralen Proficloud-Koppler zuordnen. UUIDs werden zur eindeutigen Kennzeichnung von Informationen in verteilten Systemen verwendet und sorgen somit für eine sichere Kommunikation über die Proficloud. Nach der Registrierung nimmt das Profinet-System die TLS-gesicherte Datenübertragung über die Proficloud auf.

Einholung von Wetterinformationen über Online-Dienste

Neben der Erfassung und Weiterleitung von Messwerten aus den Lagerräumen werden bei Ricola die aktuellen Wetterinformationen an das Prozessleitsystem kommuniziert, um sie in den Prüfdokumenten der FDA zu hinterlegen. Zu diesem Zweck hätte Ricola eine Wetterstation installieren können, die eingestellt und an die SPS angebunden werden muss. Einfacher geht es mit dem Cloud Service/Weather der Proficloud, mit dem sich per Wetterdienst entsprechende Informationen aus dem Internet abrufen lassen. Diese kann die Steuerung dann direkt als Profinet-Daten nutzen. Der Proficloud-Dienst wird im Proficloud-System als virtuelles Proficloud-Device behandelt. Über die Eingangsprozessdaten legt der Anwender fest, für welchen Ort Wetterinformationen eingeholt werden sollen – in diesem Fall durch die Angabe der Koordinaten des Lagers.

Der Proficloud-Koppler bindet das lokale Profinet-Netzwerk über zwei Ethernet-Interfaces an die Proficloud an.
Der Proficloud-Koppler bindet das lokale Profinet-Netzwerk über zwei Ethernet-Interfaces an die Proficloud an.
(Bild: Phoenix Contact )

Wie gelangen die Daten der Proficloud-Geräte nun zur SPS, und wie wird der Datenaustausch geschützt? Sobald eine Verbindung zum Internet und damit zur Cloud besteht, sendet das Profinet-Device seine Prozessdaten an die Proficloud. Die Beschränkung auf eine Outbound Connection stellt sicher, dass kein Internet-Teilnehmer eine unerwünschte Kommunikation mit den Proficloud-Geräten aufbauen kann, um beispielsweise die Temperaturdaten zu manipulieren. Ist der Anschluss an die Proficloud über das Internet erfolgt, wird im Proficloud-Koppler eine Profinet-Instanz für jedes angekoppelte Proficloud-Device erstellt. Die Station im Lager und das Weather-Device erhalten also eine eigene IP- und MAC-Adresse, die im lokalen Profinet-Netzwerk abgebildet ist. Danach lässt sich jeder Proficloud-Teilnehmer wie ein lokales Profinet-Gerät programmieren.

Schutz der Kommunikation vor unbefugten Zugriffen

Da die Datenübertragung der Proficloud-Koppler und -Devices durch eine TLS1.2-Verschlüsselung geschützt ist und die Verbindung nur von den Proficloud-Teilnehmern initiiert werden kann, sind zwei wesentliche Aspekte hinsichtlich der Datensicherheit der Proficloud berücksichtigt. Selbst die Web-Applikation zur Parametrierung der Proficloud wird via HTTPS an den Anwender weitergeleitet und ist somit vor unbefugten Zugriffen abgesichert, was unabhängige Stellen bereits zertifiziert haben.

Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass die Kombination aus bewährten Automatisierungsstandards und innovativer Cloud-Technologie längst Realität ist. Die Proficloud von Phoenix Contact, die seit mehr als zwei Jahren als produktive Cloud-Plattform verfügbar ist, kommt in immer mehr operativen Anwendungen zum Einsatz. Neben der bei Ricola umgesetzten Profinet-Kommunikation über die Cloud wurden beispielsweise Time-Series-Database-Lösungen realisiert oder eigene Konzepte auf Basis der Proficloud entwickelt. (jv)

* Arno Martin Fast, B.Eng., ist Produktmanager der Proficloud bei der Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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