Transparent Operation

Transparent Operation
Datenhandling im Zeitalter von Industrie 4.0
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siemens.com
Trends und Treiber
Vertikale Datenintegration als Kernelement der Digitalisierung
Industrie 4.0
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Industrial IoT
Cloud
Digitalisierung
Was sind die Treiber für die Endkunden?
Produktionseffizienz durch Produktionstransparenz
Kostenreduzierung – (Energiekosten)
Minimierung von Stillstandszeiten
Vertikale Datenintegration
– von der Feldebene bis zur Cloud –
Ist die Basis zur Implementierung der digitalen Fabrik
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Digitalisierung erfordert enge Verzahnung von IT und Produktionsnetzwerk
Office
Definierte Schnittstellen um Komplexität zu
verringern
Enterprise
Office
Network
Office
Aufkommende Herausforderungen durch
steigende Interoperabilität
Management
Production
Production
Interoperabilität
Operator
Core
Backbone
Aggregation
Gestern:
Eingeschränkte Interoperabilität
Field
• Eingeschränkte Kommunikation
zwischen Office- und
Produktionsnetzwerk
• Zunehmende Kommunikationsanforderungen
führen zu komplexen Netzwerkstrukturen
Shop floor /
Cell Network
Control
• Separierte Netzwerke mit
definierten Schnittstellen
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Die Digitale Fabrik benötigt leistungsstarke Kommunikationsnetzwerke
Ein leistungsstarkes
Kommunikationsnetzwerk ist der
Schlüssel, die erzeugten
Datenmengen zu handhaben
Vertikale
Integration
Hohe Geschwindigkeit
Echtzeit-Kommunikation
Hohes Datenvolumen
Große Bandbreite
Gesicherte Connectivity
Robuste und zuverlässige
Komponenten und Netzwerke
Horizontale Integration
Smart Assets
Identifizierungs-Lösungen
für die Kommunikation
zwischen smarten Objekten
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Kommunikation – Anforderungen durch Digitalisierung
Anforderungen an
vertikale Datenintegration
+21%
Jährlicher Anstieg
des Datenaufkommens
(Ø ’12 – ’20)1 1) Quelle
Anforderungen an
Produktionsnetzwerke
Höchste Verfügbarkeit
40%
Anteil aller Daten die in
der Cloud genutzt werden
(n 2020)1 1) Quelle
Effiziente Inbetriebnahme
+300%
Steigende Netzteilnehmer
(’16 – ’20)2 2) Quelle
Schnelle Fehlerbehebung
… ein leistungsstarkes Netzwerk ist
die Basis der Digitalisierung
Gestiegene
Sicherheitsanforderungen
… Kommunikation ist zentraler
Bestandteil jeder Automatisierung…
… vernetzte Systeme erfordern Schutz
vor professionellen Hackern
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Spezielle Anforderungen an industrielle Netzwerke
Core
Office
Network
Use cases for Industrial Networks
Ethernet / OPC UA
Network Management
Remote Service
Backbone
Aggregation
Hohe Transparenz im
industriellen Netzwerk und
allen angeschlossen
Teilnehmern
Sicherstellung von verlässlicher
Fernwartung zu
Automatisierungszellen und
Maschinen
Network Security
Industrial Wireless LAN
Ganzheitliches
Sicherheitskonzept und
Portfolio mit
“security-integrated”
Flexible und sichere
Kommunkation über Funk
Industrial Ethernet/
OPC UA
Network Structure
Mobile Applications
Cell /
Machines
Segmentierte und redundante
Architektur für eine verlässliche
und effiziente Kommunikation
Einfacher und schneller Zugriff
auf Prozessdaten auch von
mobilen Endgeräten
Industrial Ethernet/
OPC UA
Shop floor
Aggregation
Profinet / OPC UA
Zu beachtende Schwerpunkte beim Netzwerk-Design
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Strukturiertes Netzwerkkonzept zur Verbindung von Automatisierung und IT
Core
Office
Network
Ethernet / OPC UA
Backbone
Aggregation
Industrial Ethernet/
OPC UA
Office Netzwerk:
Erfüllt Anforderungen aus dem Office Netzwerk
IT Anforderungen
Backbone Aggregation:
Schnittstelle zwischen IT und
Produktionsnetzerk
überschneidende Funktionalitäten
Shop floor
Aggregation
Industrial Ethernet/
OPC UA
Zelle/
Machinen
Shop floor Aggregation / Cell Level:
Basierend auf Anforderungen von Produktion und
Automatisierungszellen:
Verlässliche Kommunikation als kritischer Faktor
Produktionsanforderungen
Profinet / OPC UA
Empfohlenes Netzwerkkonzept mit 2 separaten Kommunikationsnetzen
OPC UA: OPC Unified Architecture (OPC UA) ist ein industrielles Maschine zu Maschine Kommunikationsprotokoll für Interoperabilität zwischen IIoT and Industrie 4.0
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Industrial Security
Die Siemens Lösung für Netzwerksicherheit
Plant security
Network security
System integrity
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Netzwerksicherheit –
Drei Kernaspekte zum Schutz des Netzwerks
Core
Demilitarisierte
Zone
TIA Portal
BüroNetzwerk
ProduktionsBackbone
SCADA
VPN
Gesicherter
Fernzugriff
...
...
ProduktionsZellenschutz
ebene
Zelle/
Maschine
Netzwerksicherheit direkt in der Automatisierung integriert – mit einem Engineering und gehärteten Komponenten
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Die Fernwartungslösungen von heute benötigen…
Anforderungen
ƒ Integration in die vorhandene Infrastruktur
ƒ Unterschiedliche Kundennetzwerke
ƒ Zentrale Verwaltung von Geräten
und Benutzern ermöglichen
ƒ Wechselnde Zugriffsrechte
ƒ Wechselnde Mitarbeiter
ƒ Anbindung von Serienmaschinen / Außenstandorten
mit gleichem IP-Subnetz
ƒ Anbindung von „Bestandsanlagen“
ohne Anlagenstillstand
ƒ Zugriff auf herstellerunabhängige Komponenten
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
SINEMA Remote Connect – Funktionsprinzip
SINEMA Remote Connect
Open VPN -Tunnel
z.B. Installation auf
kundeneigenem PC
Maschinennetz
192. 168. 1. 1 IP-Adresse
255.255.255.0 Subnetmaske
leer???!!! Router/Gateway
SINEMA
RC Client
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
SINEMA Remote Connect
Geräteverwaltung
Jeder Benutzer und jedes Geräte kann ein oder mehreren Gruppen zugeordnet werden
Zwischen den Gruppen und innerhalb einer Gruppe werden Kommunikationsbeziehungen festgelegt
Gruppe „Region1“
- Anlage1
- Anlage2
User1
Anlage1
Gruppe „Service1“
User2
Anlage2
- User1
- User2
- User3
Gruppe „Region2“
- Anlage3
- Anlage4
- Anlage5
User3
Anlage3
Gruppe „Service2“
- User4
Anlage4
User4
Gruppe „Kunde-Meyer“
- Kunde Meyer
- Anlage5
Kunde Meyer Anlage 5
Kunde Meyer
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
SINEMA Remote Connect die Management Plattform für Remote Networks!
… gleichzeitiger Zugriff unterschiedlicher Nutzer (z.B. Firma A, Firma B)
Aufgabenstellung
Fernzugriff auf Maschinen durch SINEMA Remote Connect
Benutzerverwaltung
Lösung
Zentrale Verwaltung der Maschinen und Servicetechniker in
SINEMA RC.
Zuweisung und Verwaltung von Nutzerrechten und
Zugriffsberechtigungen
Logging der Zugriffe
Vorteile
Hohe Transparenz und Sicherheit
Fehlervermeidung durch eindeutige Zuordnung der Knowhow Träger zu den jeweiligen Anlagenteilen
Transparente IP-Kommunikation
Konfigurationsbeispiel SINEMA RC: Remote Service für Sondermaschinenbau
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Typische Einsatzgebiete von RTU‘s zum Erkennen/Melden von Zuständen
•
•
•
•
•
Erkennen von Lecks bzw. Wasserverlust
Überwachung von Pumpstationen, Wassertürmen /-speichern, Regenüberlaufbecken
Fern-Bestandsüberwachung von Füllständen in Tanks, Silos
Überwachung von Bewässerungssystemen in der Landwirtschaft oder Gewächshäusern
Erfassung und Überwachung von Füllstand / Pegel / Druck / Durchfluss / Temperatur
Zement
Talkum
Kalkstein
Asphaltmischung
Kunststoffgranulat
Plastikmehl
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
SIMATIC Remote Terminal Unit (RTU)
Funktionen
Low-Power-Betrieb in drei Betriebsarten
• Schlafmodus: Alle Eingänge und Kommunikationsfunktionen sind abgeschaltet, Ausgänge
halten den letzten Zustand.
• Aktualisierungsmodus: Ein- und Ausgänge sind aktiv und können abgefragt werden.
• Kommunikationsmodus: Mobilfunkverbindung und Kommunikation zur Zentrale sind aktiv.
Kommunikationsarten
• Ereignisgesteuerte Alarmierung per SMS oder E-Mail
• Loggen historischer Daten mit Zeitstempelung
• Fernwirkkommunikation zu einer Leitstelle über verschiedene Fernwirkprotokolle:
TeleControl Basic, DNP3, IEC60870-5-104, SINAUT ST7
• Wake-up von Leitstelle aus über SMS oder Anruf
• Uhrzeitsynchronisation über NTP-Server, Fernwirkprotokoll oder Mobilfunk-Provider
• Uhrzeitpufferung bei Ausfall der Stromversorgung
• Konfiguration, Firmware-Update und Fernwartungszugang über WEB-Browser
• Versenden von Daten an einen FTP-Server
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
SIMATIC RTU3000C
Stromversorgungsoptionen
BatterieModul
NEU
NEU
6NH3112-3BA00-1XX6
6NH3112-3BA00-1XX6
6NH3112-3BA00-1XX6
BatterieErweiterungsModul
6NH3112-3BA00-1XX2
NEU
Reiner Batteriebetrieb mit
1 bis 6 Batteriemodulen
Batterieblock 1 mit max.
3 Batteriemodulen
BatterieErweiterungsModul
DC 12-24V
Reiner Akkubetrieb mit
Solarpanel
Batterie- und Akkubetrieb
gemischt
Anschluss an StandardStromversorgung
Akku
BatterieModul
NEU
6NH3112-3BA00-1XX6
6NH3112-3BA00-1XX2
Batterieblock 2 mit max.
3 Batteriemodulen
Anschluss an StandardStromversorgung,
Batteriebetrieb als Backup
Solarakku
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Use Case: Überwachung von Messstellen über Ethernet Funk (TCP/IP)
Aufgabenstellung
Überwachung von Messstellen an entfernten Standorten ohne
verfügbare Stromversorgung. Bei Überschreitung bestimmter
Grenzwerte soll ein Alarm gesendet werden. Einige Stationen
sollen über ein privates Ethernet Funknetz angebunden werden.
Lösung
Die RTU3000C wird ohne externe Stromversorgung betrieben und
sendet an eine Zentrale mit TeleControl Server Basic. Im Falle von
vom Benutzer definierten außerordentlichen Ereignissen werden
Störmeldungen mit hoher Priorität an die Zentrale gesendet. Die
RTU3010C unterstützt die transparente Datenübertragung z.B.
Ethernet Funk (TCP/IP) zur Leitstelle über ihre Fernwirkschnittstelle
Vorteile
Einsatzort unabhängig von externer Spannungsversorgung.
Möglichkeit der schnellen Reaktion auf Störungen im Wide Area
Network. Verwendung privater Funknetze zur Anbindung von
Stationen in Regionen ohne Mobilfunk Abdeckung.
Anbindung von Stationen über privaten Ethernet Funk
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
OEM
Wie erhalte ich Daten aus dem laufendem Betrieb meiner Maschinen?
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Cloud Nutzung
Motivation für Maschinenbauer und Endkunden
End
Customer
OEM
App
OEM
Motivation Endkunde
Motivation Maschinenbauer
• Reduktion Stillstandszeiten
• Erhöhung Wartungseffizienz
• Anbieten von Cloud-basierten Services
und neuen Geschäftsmodelle
• Erhöhung der Service Effizienz
• Minimierung der Ausgaben für
Garantiezusagen
⇓ Reduzierung der
Total Cost of Ownership
⇓ Zukunftsfähiges Servicegeschäft und
Kosten-/Maschinenoptimierung
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017
Die innovative Lösung –
Flexible MindSphere Konnektivitätskonzepte
MindSphere
Datenwertigkeit
SCADA
MindConnect Gateways
MindConnect
FBs
Integrated Connectivity
Bspw. MindConnect
Funktionsbausteine für
S7-15001)
S7
Offenes Gateway
OPC UA
Field device
Field device
Field device
Field device
Gateway/Network Connectivity
• MindConnect (Nano, IOT …)
• IPC/IOT und Connectivity SW1)
• SCALANCE und Connectivity SW 1)
Field device
Field device
SCADA Connectivity
IPC/PC und Connectivity
SW 1)
Unternehmens IT Know-How und Infrastruktur
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Mai 2017
1) Ausblick
Schüttgut Messe 2017
Kontakt
Frank Heitmann
RC-DE PD PA DCS 5
Franz-Geuer Str.10
50823 Köln
E-mail: [email protected]
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Mai 2017
Schüttgut Messe 2017