DE102022121305A1 - Procedure for sensor data extraction from sensors in automation technology for IT applications in IT networks - Google Patents

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DE102022121305A1
DE102022121305A1 DE102022121305.6A DE102022121305A DE102022121305A1 DE 102022121305 A1 DE102022121305 A1 DE 102022121305A1 DE 102022121305 A DE102022121305 A DE 102022121305A DE 102022121305 A1 DE102022121305 A1 DE 102022121305A1
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Stephan Heide
Alexander Kahlig
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IFM Electronic GmbH
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IFM Electronic GmbH
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    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture

Abstract

Bei einem Verfahren zur Sensordatenauskopplung für Sensoren der Automatisierungstechnik für IT-Anwendungen mittels Funkübertragung, wobei die Daten in Richtung einer Steuerung echtzeitfähig übertragen werden, mit einem Y-Verteiler, der eine Datenauskopplung in Richtung IT-Welt erlaubt, erfolgt die Verbindung in die IT-Welt per Funk gemäß einem Low Power Wide Area Network (LPWAN).In a method for sensor data decoupling for sensors in automation technology for IT applications by means of radio transmission, with the data being transmitted in the direction of a control in a real-time manner, with a Y-distributor, which allows data decoupling in the direction of the IT world, the connection to the IT World over the air according to a Low Power Wide Area Network (LPWAN).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sensordatenauskopplung von Sensoren der Automatisierungstechnik für IT-Anwendungen in IT-Netzwerken.The invention relates to a method for extracting sensor data from sensors used in automation technology for IT applications in IT networks.

Herkömmliche Funkstandards sind für die Automatisierungstechnik nicht oder nur bedingt zum Übertragen von Daten in Richtung IT-Anwendungen geeignet, weil sie nicht robust genug sind, was Störfestigkeit, Reichweite und Durchdringung von Betonwänden oder Flüssigkeiten betrifft. Außerdem bieten die herkömmlichen Funkstandards nur langsame Übertragungsmöglichkeiten insbesondere wegen langer Übertragungszeiten bzw. Intervalle. Häufig sind Repeater erforderlich, um schwierige Funkstrecken zu überbrücken. In der Regel müssen die Sensoren speziell angepasst werden, um eine Funkübertragung zu ermöglichen. Meist ist hierfür neben der Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung der Sensordaten für die Steuerungsaufgaben (z. B. über Profibus) eine zusätzliche Schnittstelle am Sensor für die Funkübertragung erforderlich.Conventional radio standards are not or only partially suitable for the transmission of data in the direction of IT applications in automation technology because they are not robust enough in terms of interference immunity, range and penetration of concrete walls or liquids. In addition, the conventional radio standards only offer slow transmission options, in particular because of long transmission times or intervals. Repeaters are often required to bridge difficult radio links. As a rule, the sensors have to be specially adapted to enable radio transmission. In addition to the communication interface for transmitting the sensor data for the control tasks (e.g. via Profibus), this usually requires an additional interface on the sensor for radio transmission.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zur Sensordatenauskopplung für Sensoren der Automatisierungstechnik für IT-Anwendungen in IT-Netzwerken mittels Funkübertragung anzugeben, dass die oben genannten Nachteile nicht aufweist, dass keine aufwendige Anpassung weder am Sensor noch an der Infrastruktur erfordert, das kostengünstig und einfach umsetzbar ist.The object of the invention is therefore to specify a method for sensor data decoupling for sensors in automation technology for IT applications in IT networks by means of radio transmission that does not have the above-mentioned disadvantages, that no complex adjustments are required either to the sensor or to the infrastructure, which is inexpensive and is easy to implement.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren.This problem is solved by the method specified in claim 1.

Wesentliche Idee der Erfindung ist es die Daten über eine bekannte Verbindung zu einer Steuerung mittels eines Y-Verteilers (z. B. E43406 IO-Link-Datensplitter) über Funk nach dem Funkstandard mioty auszukoppeln.The essential idea of the invention is to couple out the data via a known connection to a controller using a Y-distributor (e.g. E43406 IO-Link data splitter) via radio according to the mioty radio standard.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment illustrated in the drawing.

Es zeigen

  • 1 zerkleinerte mioty Nachricht
  • 2 Y-Weg für Sensordaten
  • 3 IO-Link Bluetooth Adapter
Show it
  • 1 crushed mioty message
  • 2Y -path for sensor data
  • 3 IO-Link Bluetooth adapter

Mioty ist eine Technologie, die auf dem „Telegram Splitting Ultra narrow band“ (TS-UNB) basiert, dass im ETSI standard TS 103 357 („TS-UNB Specification“) verankert ist. Mioty wird in Deutschland im ISM Frequenzband 868 MHz betrieben, und unterliegt daher Einschränkungen, vorgeschrieben von der ETSI, für den Regelbetrieb was Sendeleistung, Sendezyklus und übertragbare Datenmenge angeht (ETSI 300-220-2 Duty Cycle Limitierung im 868 MHz Frequenzband).Mioty is a technology based on the "Telegram Splitting Ultra narrow band" (TS-UNB) that is anchored in the ETSI standard TS 103 357 ("TS-UNB Specification"). Mioty is operated in Germany in the 868 MHz ISM frequency band and is therefore subject to restrictions prescribed by ETSI for regular operation in terms of transmission power, transmission cycle and transmittable data volume (ETSI 300-220-2 duty cycle limitation in the 868 MHz frequency band).

Durch das Telegram Splitting (siehe ) ist mioty sehr robust, was Störfestigkeit, Reichweite und Durchdringung selbst von Medien wie Beton bzw. Flüssigjkeiten betrifft. Das Telegram Splitting ermöglicht es zudem, dass bis zu 50 % der Subpakete beim Versenden verloren gehen, trotzdem kann die Nachricht nach Empfang weiterhin zusammengesetzt werden.Through telegram splitting (see ) mioty is very robust in terms of noise immunity, range and penetration even of media such as concrete or liquids. Telegram splitting also makes it possible for up to 50% of the sub-packages to be lost when they are sent, although the message can still be assembled after it has been received.

Die 1 zeigt schematisch eine zerkleinerte Nachricht über Zeit und Frequenz (Link im Bild).The 1 schematically shows a comminuted message over time and frequency (link in image).

Die Sub Pakete werden nach dem Empfang wieder zu einer Nachricht zusammengebaut und sind durch Forward Error Correction bis zu 50 % Verlusttollerant.After receipt, the sub-packets are reassembled into a message and are up to 50% loss-tolerant thanks to forward error correction.

Mioty ist als Übertragungdstechnologie per se nicht echtzeitfähig, da durch die Dutycycle Beschränkung und beschränkte Paketgröße von Einzelnachrichten maximal 245 Byte pro Nachricht alle 7 Minuten übertragen werden können.Mioty as a transmission technology is not real-time capable per se, since a maximum of 245 bytes per message can be transmitted every 7 minutes due to the duty cycle limitation and limited packet size of individual messages.

2 zeigt den Y-Weg der Daten von der Sensorebene in Richtung Steuerung, wo Echtzeitanforderungen bestehen und in Richtung IT-Anwendungen in IT-Netzwerken, wo diese Anforderungen nicht in der Strenge bestehen. Eine Schaltung, die diesen Y-Weg ermöglicht, ist in der DE102017127075B4 beschrieben. 2 shows the Y-path of the data from the sensor level towards control, where real-time requirements exist, and towards IT applications in IT networks, where these requirements are not strict. A circuit that enables this Y-path is in the DE102017127075B4 described.

Weiterhin wird ein Y-Verteiler als Produkt von der Fa. ifm electronic gmbh unter der Bezeichnung IO-Link-Datensplitter E43406 angeboten und vertrieben.Furthermore, a Y-distributor is offered and sold as a product by ifm electronic gmbh under the designation IO-Link data splitter E43406.

Die Daten gehen klassisch mittels IO-Link den linken Pfad in Richtung Steuerung (OT-Ebene). Durch den Funkstandard mioty wird die Möglichkeit eröffnet, dass man Sensordaten auch in die IT-Ebene ohne großen Aufwand übertragen kann.The data traditionally takes the left path in the direction of the controller (OT level) via IO-Link. The radio standard mioty opens up the possibility of transmitting sensor data to the IT level without great effort.

Bei alten Maschinen und Anlagen, die schon mit IO-Link Sensorik ausgestattet sind, jedoch keine direkte Verbindung ins IT-Firmennetzwerk haben, kann mioty als zusätzlicher Übertragungskanal, gemäß einer Y-Verbindung, die Lücke zwischen Kommunikation der Sensoren mit steuerungsrelevanten Geräten wie SPS und der Weitergabe relevanter Daten an die IT-Welt schließen. Hierfür ist eine smarte Adapterlösungen mit einem Plug vorteilhaft einsetzbar. Beispielsweise kann hierfür der Adapter EIO330 der Fa. ifm electronic gmbh ( ) verwendet werden, der anstatt eine Bluetooth-Schnittstelle eine mioty-Schnittstelle aufweist.With old machines and systems that are already equipped with IO-Link sensors but have no direct connection to the IT company network, mioty can be used as an additional transmission channel, according to a Y connection, to bridge the gap between the communication of the sensors with control-relevant devices such as PLCs and the transfer of relevant data to the IT world. A smart adapter solution with a plug can be used to advantage for this. For example, the EIO330 adapter from ifm electronic gmbh ( ) can be used, which has a mioty interface instead of a Bluetooth interface.

Alternativ zu mioty kann auch ein anderes Low Power Wide Area Network z. B. LoRa (LoRa Alliance 5177 Brandin Court Fremont, CA) eingesetzt werden.As an alternative to mioty, another low power wide area network, e.g. B. LoRa (LoRa Alliance 5177 Brandin Court Fremont, CA) can be used.

3 zeigt einen kommerziell erhältlichen IO-Link Bluetooth Adapter mit den Sensordaten auf einem Mobiltelefon oder einem anderen BLE fähigen Geräten anzeigen werden können. 3 shows a commercially available IO-Link Bluetooth adapter with which sensor data can be displayed on a mobile phone or other BLE-enabled devices.

Die Erfindung bietet folgende Vorteile:

  • Diese Lösung, mittels einer Funktechnologie unter der Interpretation der IO-Link Nutzdaten der Geräte, die heute sowieso in den Maschinen verbaut sind, ermöglichen eine günstige und schnelle Lösung, um Maschinendaten zu Füllständen, Temperaturen, Leistungszuständen, Vibrationen oder sonstigen Sensordaten, in IT-Systeme zu bringen. Damit wird ein schnelles Retrofitting und eine Maschinenüberwachung (predictive maintenance) mittels KI und machine-/ deeplearning möglich.
The invention offers the following advantages:
  • This solution, using radio technology under the interpretation of the IO-Link user data of the devices, which are installed in the machines today anyway, enables a cheap and quick solution to transfer machine data on fill levels, temperatures, power states, vibrations or other sensor data, in IT bring systems. This enables rapid retrofitting and machine monitoring (predictive maintenance) using AI and machine/deep learning.

Die Maschine bzw. Anlage muss dafür weder mit neuen Sensoren, die eine Funkschnittstelle aufweisen, ausgestattet werden, noch müssen zusätzliche Kabel gelegt werden. Die Weitergabe der Sensordaten in die IT-Welt erfolgt ausschließlich über Funk (mioty) und Adapterlösungen wie in 3 gezeigt. So muss lediglich in eine bestehende kabelgebunden Übertragungsstrecke eine Y-Weiche und ein Adapter integriert werden. Diese Anpassung erfordert nur eine kurze Servicearbeit an der zu aktualisierenden Maschine bzw. Anlage. Sie bietet einen erheblichen Mehrwert, da mit der Erfindung verschiedene Industrie 4.0 Features, wie beispielsweise Predictive Maintanance, Verbrauchsstoffmonitoring, oder Maschinenstillstandszeiten aktiv überwacht werden können. Dies erfolgt z. B. mit Hilfe von ERP (enterprise resouce planning) Anwendungen bzw. MES (manufacturing execution system)-Anwendungen.The machine or system does not have to be equipped with new sensors that have a radio interface, nor do additional cables have to be laid. The sensor data is passed on to the IT world exclusively via radio (mioty) and adapter solutions as in 3 shown. A Y-switch and an adapter only have to be integrated into an existing wired transmission path. This adaptation only requires a short service work on the machine or system to be updated. It offers significant added value, since various Industry 4.0 features, such as predictive maintenance, monitoring of consumables, or machine downtimes can be actively monitored with the invention. This is done e.g. B. with the help of ERP (enterprise resource planning) applications or MES (manufacturing execution system) applications.

Die Erfindung ermöglicht es in einfacher Weise insbesondere eine bestehende automatisierungstechnische Anlage mit Sensoren und Aktoren einfach und kostengünstig umzurüsten, um Sensordaten von Sensoren der Automatisierungstechnik für IT-Anwendungen in IT-Netzwerken mittels Funkübertragung auszukoppeln. Eine einzige mioty Basis-Station z. B. auf dem Dach eines Gebäudes in einem Firmenareal ist ausreichend, um die Sensordaten von einer Vielzahl von Sensoren bzw. Aktoren „einzusammein“ und in das IT-Firmennetzwerk bzw. in die Cloud zu übertragen.The invention makes it possible in a simple manner, in particular, to convert an existing automation system with sensors and actuators easily and inexpensively in order to decouple sensor data from sensors in automation technology for IT applications in IT networks by means of radio transmission. A single mioty base station e.g. B. on the roof of a building in a company area is sufficient to “collect” the sensor data from a large number of sensors or actuators and to transmit it to the IT company network or to the cloud.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017127075 B4 [0013]DE 102017127075 B4 [0013]

Claims (4)

Verfahren zur Sensordatenauskopplung für Sensoren der Automatisierungstechnik für IT-Anwendungen in IT-Netzwerken mittels Funkübertragung, wobei Sensordaten an eine Steuerung echtzeitfähig übertragen werden, mit einem Y-Verteiler, der einen Eingang und einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, wobei der Eingang mit dem Sensor verbindbar ist und der erste Ausgang mit der Steuerung verbindbar ist und der zweite Ausgang mit einem Funkadapter verbunden ist, der eine Datenauskopplung in Richtung IT-Anwendungen in IT-Netzwerken erlaubt, wobei der Funkadapter als Low Power Wide Area Network (LPWAN) Netzwerkadapter ausgebildet ist.Method for sensor data decoupling for sensors in automation technology for IT applications in IT networks by means of radio transmission, with sensor data being transmitted to a controller in real-time capability, with a Y-distributor having an input and a first and a second output, the input being connected to the Sensor can be connected and the first output can be connected to the controller and the second output is connected to a wireless adapter that allows data extraction in the direction of IT applications in IT networks, the wireless adapter being designed as a low-power wide area network (LPWAN) network adapter is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Low Power Wide Area Network auf den Standards mioty oder LoRa basiert.procedure after claim 1 , characterized in that the Low Power Wide Area Network is based on the mioty or LoRa standards. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bestehende Datenübertragung zwischen dem Sensor und der Steuerung über IO-Link erfolgt.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the existing data transmission between the sensor and the controller takes place via IO-Link. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IT-Anwendung ein ERP-Anwendung oder MES-Anwendung ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the IT application is an ERP application or MES application.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022120530B3 (en) 2022-08-15 2024-02-01 Ifm Electronic Gmbh Test procedure for checking non-contact sensors

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017127075B4 (en) 2017-11-17 2019-06-06 Ifm Electronic Gmbh Communication system of the automation and process technology as well as Y-turnout unit for such a communication system

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