Die Experten sind sich einig, die historische Automatisierungspyramide wird sich zukünftig komplett verändern und der hierarchische Aufbau dabei zunehmend von dezentralen Strukturen verdrängt. Das wird auch erhebliche Auswirkungen auf die Konstruktion und den Bau von Schaltschränken und Steuerungen haben.
Die Kommunikation zwischen der Sensorik und der Steuerung wird heute durch eine Vielzahl verschiedener Feldbus- bzw. Ethernet-basierender Protokolle abgebildet. Bei den marktführenden Anbietern sind das Siemens mit Profinet/Profibus, Rockwell und Allen Bradley mit EthernetIP, Beckhoff mit Ethercat, B&R mit Powerlink oder Mitsubishi mit CC-Link und weitere mehr. TSN und OPC-UA stehen in den Startlöchern. Historisch gewachsen ist außerdem ein hoher Marktanteil von CAN/CANopen-Lösungen, die ebenfalls in die heutigen Lösungen integriert werden müssen.
Leider ist die Zahl der Sensoren bzw. Aktoren noch immer gering, die tatsächlich multiprotokollfähig sind. Das führt nicht selten bei gleichen Anwendungen aber unterschiedlichen Märkten zu einem erheblichen Mehraufwand durch die Verwaltung ähnlicher Sensoren mit unterschiedlichen Artikelnummern und erhöht schon bei der Planung den Aufwand erheblich. Bestes Beispiel dafür sind Maschinenbauer, die eine exakt gleiche Anlage in die USA, nach Europa oder nach Asien liefern müssen.
Daten und Sicherheit
Der moderne Schaltschrankbauer muss sich jedoch zunehmend auch mit IT-nahem Know-how wie dem Routing, der Security und dem Datenmanagement auseinandersetzen. Dazu ist eine Vielzahl von Fragen zu beantworten: Etwa wie werden die Real-Time-Daten erfasst? Wie sind die Schnittstellen zur Factory-IT zu gestalten und wie zuverlässig werden die Systeme vor Angriffen geschützt? Weiterhin ist zu klären: Wie werden die Daten kommuniziert, etwa mittels Switching oder Routing? Welche Anforderungen müssen verteilte Systeme im industriellen Umfeld erfüllen? Wie werden Fernwartungssysteme aufgebaut und kann auch die Fernbedienung/Fernwartung von Systemen sicher realisiert werden? Im Zeitalter von Industrie 4.0 kommt die Cloud-Kommunikation hinzu: Wie werden Daten über Cloudbasierende Systeme zur weiteren Verwendung sicher zur Verfügung gestellt? All dies zeigt, dass die Herausforderungen der Anlagenplaner und damit der Steuerungsbauer auch in diesem Bereich kontinuierlich wachsen.
Energieverteilung und -management
Die Energieverteilung ist eines der klassischen Geschäftsmodelle des Schaltschrankbauers. Die ausfallsichere Versorgung aller Komponenten sowie das Schalten großer Leistungen wie Motoren stellen auch weiterhin die wesentlichen Aufgaben dar. Darüber hinaus verschmelzen Daten und Leistung zunehmend. Schon heute werden Netzteile mit integrierter Datenschnittstelle angeboten, die sich wie Frequenzumrichter, Motoren und Sensoren auf einer Management-Ebene zusammenfassen lassen. Die Administration, die Programmierung, die Wartung und die Erfassung von Daten zur Optimierung der Systeme lassen sich hierdurch ohne zusätzliche Gateways realisieren.
Ein wesentlicher Aspekt ist die Energieeffizienz durch den Einsatz von Managementsystemen nach DIN EN 16001 im Unternehmen. Laut verschiedener Studien lassen sich bis zu 30 % der Energiekosten einsparen. Auch hier ist der Schaltschrankplaner und -bauer zunehmend gefordert.
Chancen für den Mittelstand
Mit Industrie 4.0 soll nicht weniger als die nächste industrielle Revolution bevorstehen. Unter Einbeziehung des Internets der Dinge, der vollständigen Vernetzung der Wertschöpfungskette, inklusive Lieferanten und Ressourcen, sowie den Möglichkeiten von Big Data entsteht ein enormes Potenzial für neue Geschäftsprozesse und individualisierte Produkte.
Durch die Vielzahl innovativer Technologien in der Automatisierung werden die traditionellen Feldbusse langfristig durch Industrial Ethernet abgelöst. Nur so ist eine durchgängige Vernetzung ohne zusätzliche Gateways möglich. Heute gängige Industrial-Ethernet-Protokolle wie Profinet und Ethernet/IP werden sich weiter etablieren, andere ihre Nischen finden. Die Daten der Fertigungsanlagen sowie der Lieferanten werden zunehmend per Internet in Cloud-Anwendungen zur Verfügung stehen, um die Möglichkeiten des Predictive Maintenance oder einer verbesserten Fertigungsplanung zu realisieren. Daten gewinnen somit an Wert und werden zunehmend zum Handelsgut.
Technologien als neue Herausforderungen
lndustrie 4.0 bietet für den Mittelstand als Rückgrat der deutschen Wirtschaft viele Chancen, birgt aber zugleich auch Risiken. Denn die neuen Technologien verursachen auch einen immensen Investitionsaufwand für alle Beteiligten. Insbesondere Gerätehersteller der Automatisierungstechnik müssen sich mit den Protokollen und Verfahren der IT befassen. Für die unterschiedlichen Problemstellungen der Industrie 4.0 gibt es in der Regel auch mehrere zu unterstützende Protokolle. Zum Nachrichtenaustausch mit Cloud-System existieren MQTT, AMQP und STOMP. Hinzu kommt, dass aufgrund der neuen Technologien deutlich kürzere Produktzyklen resultieren.
Industrie 4.0 bedarf also eines deutlich umfangreicheren Softwarebaukastens als das bisher der Fall war. Neben den ohnehin komplexen Industriel-Ethernet-Protokollen müssen nun auch zusätzliche Aufgaben wie Cloud-Anbindungen erfüllt werden, und dies unter Beachtung der Randbedingungen eines Automatisierungsnetzwerkes wie Verfügbarkeit und Echtzeit.
Insgesamt wird dem Thema Sicherheit in der Kommunikation ein deutlich größerer Stellenwert zukommen. Durch die Vernetzung von Industrie-4.0-Komponenten durch das öffentlich zugängliche Internet wird das Thema Netzwerksicherheit immer dringlicher. Dies trifft nicht nur auf kritische Infrastrukturen wie Strom- und Wasserversorgung zu, sondern macht sich bis in die Fertigungsanlage hinein bemerkbar. Hier können schnell erhebliche Schäden durch Produktionsausfälle entstehen, sei es durch absichtliche Angriffe auf ein Netzwerk oder aber auch durch unsachgemäßen Gebrauch. ge
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