全球范围内提供的传感器数据–超越本地公司云

在全球范围内提供来自不同来源的传感器数据和信息，并以有意义的方式将这些数据和信息联系起来——这是工业4.0的关键所在。新的商业理念使得这些信息不仅在公司内部，而且在公司和公司所在地之外，都必须在全球范围内可用和可访问。

传感器是自动化技术的眼睛和耳朵，提供有关机器或系统当前状况的各种信息，例如位置、压力和温度等。信息的多样性反映了使用的来源的巨大数量。然而，工业4.0的最终焦点是:如何才能从不同的来源访问这些数据和信息，以一种有意义的方式将其连接起来，将其聚合起来并使其在全球范围内可用?一方面，有在现场或控制层面产生的信息。另一方面，有些信息需要集中管理，例如在MES或ERP系统中。这里的主要问题是，要链接的信息不仅必须在公司或地点内可用和可访问，而且还必须经常交换位置边界以外的信息，以便获得新的信息。

经典自动化金字塔中的数据从一个层次流向下一个层次：现场层次的传感器或执行器仅与更高层次的控制进行通信；机器控制与生产计划交换数据，生产计划又与公司的ERP交换数据。由于这些系统转换通常会过滤数据，因此会造成障碍。克服和功能开发这些障碍通常非常耗时和昂贵-在实践中，这是通过使用网关或协议转换器来实现的。因此，消除这一障碍必须是所有工业4.0活动的首要目标。

在大多数生产过程中，不可能完全克服这些障碍，因为生产过程是以极高的周期速率进行的，或者必须观察精确定义的序列。目前正在开发的解决方案是通过开放体系结构中的ERP系统在现场级的参与者之间进行确定性通信。

此外，可以从不同来源直接处理的中央池形成，与现有的传输过程并行。为此，许多公司在内部服务器上设置一个“私有云”或“边缘云”，或者在云中设置一个私有租户，其访问权限首先保持完全“私有”。如果作为新业务思想和模型的一部分，有必要使单个信息项对其他公司、位置或云可用，则可以在不同的承租者之间交换该信息，并考虑到特定的使用授权。云的容量是可扩展的，允许记录大量的数据——即使这些数据目前还不清楚是否可以从中获得哪些知识，或者是否可以在以后使用这些数据来产生利益，甚至是业务案例。因此，主要目标是首先记录来自各种不同来源的数据，汇总这些数据并使其可用。下一步是链接数据。这些数据是否有可能用于新的商业模式，以后才会明朗。打个比方，我们目前正在建设一条高速公路，在以后的阶段货物可以在这条公路上运输，然后我们可以在这条公路上附加商业案例。目前没有人确切知道这条高速公路会通向哪里。

在过去，控制单元和各自的传感器或执行器之间的点对点连接主导着工业自动化。主从通信模型目前占主导地位。这意味着一个控制单元通常通过一根线性拓扑电缆(现场总线安装)服务于多个终端设备。新技术的使用将允许向网络或星形通信架构的过渡，这是我们已经从IT行业了解到的。通过将公司的自动化网络(OT)和IT网络连接起来，就可以在各个层次和各个方向之间交换数据。要链接，特别是评估这些数据，关键是它是当前的或被给予一个专门的时间参考，并有一个具体的，例如地理参考。

Leuze electronic最初积极处理数据可用性问题，并首次跨所有系统边界直接将数据从传感器传输到云端。为此，Leuze electronic在其传感器中集成了一个OPC UA服务器，并与发布者-订阅者模型对接到Microsoft Azure云上。鉴于OPC-UA通信目前基于客户机-服务器体系结构，其中接收方确定数据量和数据交换频率，发布-订阅方法是与云应用程序通信的首选方法，因为在这里，尽管接收方（订户）选择要传输的数据，生产者（发布者）负责在必要的时间或从应用程序的角度来看，在适当的时间点分发数据，类似于时事通讯。Leuze electronic通过微软的IoT代理扩展了这一过渡，以实现全方位的数据传输。代理现在可以模拟地操作客户机-服务器与本地车间概念的通信。这为新的、基于云的应用程序打开了各种迁移路径。

与经典解决方案的区别在于IIoT概念依赖于全球可用的数据。因此，这些数据还可以跨系统和公司边界进行全球联网，以便进行解释和评估。这种全球数据可用性立即提出了数据完整性的问题。必须确保通信信道和全球可用系统中的数据完整性，这是一个不可避免的公认前提。OPC-UA与联邦安全和信息技术研究所（federal institute for security and information technology）进行了测试，为安全通信提供了所有四种一般规定的安全特性：身份验证、授权、验证和加密。这样，经过测试的方法和程序从信息技术（IT）的世界转移到自动化技术（OT-操作技术）的世界。这可以归入“ITgoesOT”一词。将来将使用证书进行身份验证。因此，未来，乐泽电子的传感器除了序列号等迄今为止的识别数据外，还将配备唯一的安全证书。

为了使信息的可用性具有一致的结构，数据源的检测和寻址必须能够跨越云计算的所有系统边界。这并不需要使不受保护的访问成为可能，而是简化了安装。将大量边缘设备(例如传感器和执行器)手工发布到全球云系统中，或者注册到云系统中是不可行的。取而代之的是技术机制，这使得云系统能够自主地识别集中分配给它的边缘设备。这些机制称为全局发现功能。有两种不同的机制，它们是OPC UA标准的组成部分:一方面是本地发现机制(本地发现服务器)，另一方面是全局发现机制(全局目录服务器)。它们都需要广泛的证书交换(信任列表类型)来保护访问。来自Leuze electronic的传感器——与它的客户承诺的“更智能的可用性”相对应——可以安全访问所有形式的发现机制。

工业4.0的核心之一是在资产的生命周期中提供全面的信息。在这个系统中，增强现实技术的理念无缝契合。该技术通过平板电脑等带有立体摄像头或数据眼镜的移动设备，将用户视野中的虚拟信息可视化地丰富了实际可视环境。一个决定性的优势是功能和特征的可视化，迄今为止，这些功能和特征只能在手册和web门户网站的图形中使用。现在它们明显地显示在视野中，在实际空间中适当的点。这大大简化了调试。在这里，补充的虚拟信息并不仅仅局限于被动数据。以其代码读取器为例，它通常安装在传送带上，必须读取经过的包装上的条形码，Leuze电子公司已经证明，传感器的光学(通常不可见)测量领域可以在进行过程中显示。这还不是全部:通过连接到云，读取结果——OK、NOK、代码内容——可以在每次读取操作后立即在数据眼镜中可视化，以便调试工程师或服务人员可以在线检查系统的状况。

新技术的应用不仅仅局限于代码读取器或定位传感器等复杂设备。简单触发式光电传感器也越来越多地集成在未来的预测性维护概念中，以保障机器和系统的可用性。第一步是使用额外的警告信息，例如当传感器被弄脏时。这很快伴随着一系列配置选项的传感器通过一个简单的界面。在这种情况下，IO-Link现在已经成为不可或缺的，因为这种简单的3线接口提供了新工业物联网概念所需的所有功能，但即使在非常小的设备上，仍然可以以低成本集成。这里特别值得一提的是双通道变体，其中一个通道用于具有高度时间确定性(即实时)的过程模式的二进制切换信号，另一个通道用于访问来自传感器的识别和参数数据和消息。

由于控制系统的接口越来越以以太网为基础，因此功能足够强大，可以同时服务于两个数据通道，这开启了全新的可能性——而正是这些可能性为工业4.0的网络化世界所需要，以便将数据传输到不同的目的地和层次。Leuze electronic很长一段时间以来一直遵循这一趋势，并在早期决定将直接现场总线接入其复杂的识别设备和测量传感器。有了两个数据通道，就可以实现这一点——在传感器不那么复杂的情况下，通过双通道IO-Link，通过集成现场总线接口，在集成连接设备中添加TCP/IP通道，在其类型标识中红色i标识。

关于乐泽电子
洛伊兹电子是全球光学传感器领域的创新领导者之一，也是国际知名的电气自动化领域的领先制造商和解决方案提供商。其主要关注的领域是内部物流，包装工业，机床和汽车工业以及医疗技术。产品范围包括开关和测量传感器，识别系统，图像处理和数据传输解决方案，以及职业安全组件和系统。公司成立于1963年，总部位于德国欧文，拥有具体的应用技术和全面的行业知识。超过1200名员工在22个地点涉及开发，生产，销售和服务，支持40多个销售合作伙伴在世界各地。创新的产品开发、量身定制的完整解决方案和广泛的服务代表着瑞兹电子的“智能传感器业务4.0”。