Prozessdatenerfassung mit PLCs und IoT-Protokollen

Simatic S7-1200 mit UMTS Router und IoT-Daten-Gateway

Die Auswertung und Analyse von Prozessdaten aus SPS und PLC wird im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0 immer wichtiger. Die richtige Analyse von Daten ist für viele Anwendungsgebiete unabdingbar, z.B. Predictive Maintenance, Analyse und Einsparung von Energie, Festlegen von Service-Intervallen u.v.m.

Um diese Prozessdaten überhaupt analysieren zu können, müssen sie permanent mitgeschrieben und abgespeichert werden — bevorzugt direkt dort, wo sie gemessen bzw. "produziert" werden — das heißt: in der Steuerung.

Weiterhin tauschen SPS bzw. PLCs Prozessdaten untereinander über industrielle Ethernet Feldbus-Systeme aus. Seit Neuestem integrieren aber auch bekannte Hersteller offene Protokolle und Schnittstellen in ihre Steuerungen, die die Datenübertragung in höhere Datenschichten (Datenbanken, Cloud, etc.) ohne zusätzliche Softwarelizenzen oder spezielle Hardware erlaubt.

SIMATIC ET 200SP

Das Auslesen von Prozessdaten aus der Simatic S7 Steuerungsfamilie (S7-300, S7-1200, S7-1500) ist dank bereitgestellter MQTT-Bibliothek bzw. integriertem OPC UA Server keine große Herausforderung mehr. Eine Erweiterung der S7-300 und der S7-1200 ist durch eine offizielle Software-Bibliothek von Siemens um die MQTT-Client-Publisher-Role möglich. Das gilt auch für die S7-1500, die zusätzlich in der aktuellen Firmware Version einen OPC UA Server mitliefert. Sowohl OPC UA, als auch MQTT sind offene Protokolle, welche von unterschiedlichen höheren Programmiersprachen (z.B. C++ / Python / Java) unterstützt werden. Damit ist die Anbindung der Feldebene an höhere Datenschichten oder die Integration in unternehmensspezifische Anwendungen kostengünstig und flexibel möglich.

Eine weitere Möglichkeit Prozessdaten aus Steuerungen der S7-Familie auszulesen, bietet der integrierte Webserver. Neben der Erstellung von User Interfaces oder dynamischen Prozessvisualisierungen kann durch geschickte Programmierung des S7-Webservers eine simple ReST-API erstellt werden. Der Datenaustausch mittels ReST Schnittstelle kann ebenso mit höheren Programmiersprachen leicht realisiert werden.

IoT Protokolle für SIMATIC S7-1200 und S7-1500

Die o.g. Möglichkeiten zeigen, dass es mit modernen Steuerungen flexibel machbar ist, Prozessdaten über offene Standards mit höheren Datenschichten auszutauschen. Diese Flexibilität kommt jedoch nicht ohne Risiko, da die Anbindung der Feldebene an höhere IT-Infrastruktur durchdacht und filigran geplant sein sollte, um keine Sicherheitslücken zu generieren. Sobald die Feldebene an höhere Schichten angebunden wird, sollte die Schnittstelle über entsprechende Gateways und speziell konfigurierte Firewalls gesichert werden.

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