Große Daten, kleine Chips

Elektroautomation

Industrial Ethernet - ArchCyber Technology hat eine Echtzeitüberwachungslösung für Trockenpumpen entwickelt. Dabei setzte das Unternehmen auf Produkte von Moxa, zum Beispiel auf den Managed-Gigabit-Ethernet-Switch EDS-510E.

07. Februar 2018
Die Managed-Gigabit-Ethernet- Switches EDS-510E wurden für anspruchsvolle, betriebskritische Anwendungen entwickelt. Bild: Moxa
Bild 1: Große Daten, kleine Chips (Die Managed-Gigabit-Ethernet- Switches EDS-510E wurden für anspruchsvolle, betriebskritische Anwendungen entwickelt. Bild: Moxa)

Im Zuge des Trends zum Industrial Internet of Things haben die Hersteller von Halbleitern begonnen, Big Data und die entsprechende Datenanalyse in ihre zentralisierten Automationsverwaltungssysteme mit aufzunehmen, um die Produktionseffizienz zu steigern.

Dank einer zuverlässigen Netzwerkinfrastruktur war ArchCyber Technology, Hersteller von Systemen für die cloudbasierte Überwachung von Produktionsstätten, insbesondere für die Halbleiterherstellung, in der Lage, eine Echtzeitüberwachungslösung für Trockenpumpen zu entwickeln. Das optimiert die Produktionseffizienz und reduziert die jährlichen Gesamtproduktionskosten um mindestens 30 Millionen US-Dollar, also rund 25,5 Millionen Euro.

Individuelle Überwachungssysteme

ArchCyber kooperierte mit Moxa, um eine Lösung für Pumpenüberwachungssysteme mit kundenindividuellen Funktionen zu entwickeln. Führende Halbleiterhersteller rund um die Welt setzen diese bereits ein. Trockenpumpensysteme sind Pumpen, die bei der Erzeugung eines Vakuums ohne den Einsatz von Flüssigkeiten auskommen. Sie vermeiden auch den Kontakt mit Gasen, die sich in die Atmosphäre verflüchtigen können. Dementsprechend werden die Pumpen im Betrieb sehr heiß, denn ihr Betrieb wird nicht durch Flüssigkeit gekühlt.

Obwohl Trockenpumpen keine Hauptproduktionsgeräte sind, spielen sie bei Ertrag und Herstellungskosten von Halbleitern eine wichtige Rolle. Ray Huang, Geschäftsführer von ArchCyber erklärt: »Vor der Installation eines Überwachungssystems für die Pumpen tappen die Hersteller hinsichtlich des Gerätestatus völlig im Dunkeln.

Sie können höchstens regelmäßige Standardwartungsmaßnahmen ergreifen, um unerwartete Abweichungen zu vermeiden.

 Nach Installation des Überwachungssystems kann der Halbleiterhersteller den Zustand der Pumpen analysieren und vorhersagen, wann diese ersetzt werden müssen. Das reduziert nicht nur den Wartungsaufwand, sondern spart auch Produktionskosten.«

Vorausschauende Wartung

Das System von ArchCyber hatte verschiedene Anforderungen an die Netzwerkinfrastruktur. Zunächst gibt es im Markt verschiedene Pumpensysteme, die über unterschiedliche Protokolle kommunizieren. Ein reibungsloser Betrieb erfordert also die zuverlässige Protokollkonvertierung. Des Weiteren muss ein Netzwerk im Umfeld der Halbleiterherstellung sowohl den üblichen, rauen Produktionsumgebungen standhalten, als auch insbesondere gegen elektrische Interferenzen geschützt sein.

Zu guter Letzt müssen die verlässliche Datenerfassung, -speicherung und -verwaltung gesichert sein, damit die vorausschauende Wartung möglich und das Netzwerk optimal gegen eventuelle Ausfälle geschützt wird. Üblicherweise befinden sich in einer Produktionsstätte für Halbleiterbauelemente, einem sogenannten Wafer Fab, ungefähr zweitausend Trockenpumpeneinheiten. Wenn die entsprechend große Menge Daten überwacht und analysiert werden soll, muss das Datenkommunikationsnetzwerk sehr hohe Leistung bringen.

Hohe Bandbreite

Nach dem ersten Schritt, der Protokollkonvertierung, müssen die Netzwerkingenieure sicherstellen, dass das Netzwerk hohe Bandbreiten unterstützt, schnelle Wiederherstellungszeiten bietet und in der Lage ist, den Umgebungsbedingungen zu widerstehen – angefangen bei mechanischen Einflüssen wie Staub bis hin zu starken elektrischen Störeinflüssen.

In diesem Projekt wurden Moxas EDS-510E-Managed-Gigabit-Switches installiert, um eine Glasfaser-Ringtopologie zu formen. Dabei wurden die Embedded-Computer DA-662A genutzt, um die Protokollkonvertierung durchzuführen.Huang merkt an: »Die besonderen Eigen-schaften der Moxa-Produkte hinsichtlich industrieller Robustheit, wie die Widerstandsfähigkeit gegen Interferenzen und die lüfterlose Konstruktion, die auch feinen Stäuben standhält, ermöglichen es uns, ein zuverlässiges System anzubieten.«

Turboring-Technologie

Hinzu kommt Moxas sogenannte Turboring-Technologie, welche eine Netzwerkwiederherstellung innerhalb von Millisekunden ermöglicht. Außerdem unterstützt der Embedded-Computer eine ausreichende Menge ver-schiedener Schnittstellen für die Datener-fassung und Protokollkonvertierung. Der Trend zum industriellen IoT wird immer wichtiger, und immer mehr Geräte werden in ein und demselben Netzwerk zusammengeführt.

 Das erfordert ein zentrales Verwaltungssystem, um Big Data zu erfassen, zu speichern und zu analysieren. So erhalten die Unternehmen präzise Informationen und treffen richtige Entscheidungen. »Wir verlassen uns bei unseren IIoT-Anwendungen sehr stark auf Moxas Netzwerkinfrastruktur«, so Huang.

Ziel des IIoT

Das IIoT hat zum Ziel, die Produktivität zu steigern und Anwendern das Leben zu erleichtern. Das lässt sich nur in einem Industrieumfeld erreichen, das über zuverlässige Netzwerkkonnektivität verfügt. Ist das Netzwerk nicht verlässlich, drohen lange Ausfallzeiten, Cyber-security-Risiken und instabiler Betrieb. Um vom IIoT tatsächlich zu profitieren, sind folgende Voraussetzungen zu erfüllen:

Optimierte Leistung: Um die Anforderungen von Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf zu erfüllen, sind Gigabit- und Redundanzlösungen erforderlich.

Größere Sicherheit: Um das Netzwerk und betriebskritische Daten zu schützen, werden in vielen Industriegeräten umfangreiche Sicherheitsfunktionen eingesetzt, die nicht autorisierten Zugriff verhindern und den Betrieb mit sogenannter Defense-in-Depth-Cybersecurity schützen.

Einfache Verwaltung: Industrielle Netzwerke können mitunter sehr komplex sein. Fortschrittliche Verwaltungssoftware stellt über den gesamten Netzwerklebenszyklus hinweg die wichtigsten Werkzeuge für den einfachen und zielgerichteten Betrieb zur Verfügung.

Gesteigerte Produktivität: Fortschrittliche Netzwerk-Redundanztechnologien und Design auf Industrieniveau sorgen für hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit und sind optimal für betriebskritische Anwendungen und raue Umgebungen geeignet.

Vorausschauende Wartung

Moxas Risc-basierte DA-662A-Computer sind speziell für die industrielle Datenerfassung ausgelegt. Mit bis zu sechzehn gegen Interferenzen geschützten, seriellen RS-232/422/485-Schnittstellen, vier Ethernet-Schnittstellen und zwei USB-2.0-Schnittstellen sowie einem robusten Gehäuse lassen sie sich einfach im Schaltschrank montieren.

Sie eignen sich optimal für Anwendungen mit dezentraler Embedded-Technologie, wie Scada-Systeme, Anwendungen in der Fabrikautomation oder die Energieüberwachung. Der Computer hat USB- und CF-Schnittstellen für die Speichererweiterung und unterstützt mit seinen Funktionen die voraus-schauende Wartung.

Anspruchsvolle Anwendungen

Die Managed-Gigabit-Ethernet-Switches EDS-510E wurden für anspruchsvolle, betriebskritische Anwendungen in der Fabrikautomation, dem Transportwesen oder der Prozessteuerung entwickelt. Ihre drei Gigabit-Schnittstellen ermöglichen große Flexibilität bei der Installation eines redundanten Gigabit-Turborings und Gigabit-Uplinks.

Turboring erzielt eine Wiederherstellungszeit von unter 20 Millisekunden bei bis zu 250 Switches im Netzwerk.

Die USB-Schnittstellen ermöglichen die einfache Konfiguration, das Back-up von Systemdateien und Firmware-Upgrades – insgesamt eine einfache Verwaltung. Radius, Tacacs+, Snmpv3, IEEE 802.1x, HTTPS, SSH, und MAC-Adresse sorgen für hohe Sicherheit, basierend auf IEC-62443.

Erschienen in Ausgabe: 01/2018