Wie funktioniert cloud-basierte Produktionsdatenerfassung?

Woher kommt die Analogie zu der “Wolke”? Für den Anwender ist es im Grunde gleichgültig, auf welchem Rechner und mit welcher Hardware die Daten abgelegt sind. Sie sind gewissermaßen “verschleiert”. Auch die Software, die die Daten abspeichert und zur Verfügung stellt, ist normalerweise nicht bekannt. Der Kern einer Cloud soll aber sein, dass die Daten überall und jederzeit für den jeweiligen User verfügbar sind.

Dezentrale Server

Unter dezentral versteht man, dass es keine einzelnen zentralen Knoten gibt, sondern ein kollektives Zentrum verschiedener Verbindungen. Das bedeutet, dass ein dezentrales Netzwerk nicht auf einen Zentralrechner angewiesen ist. Man kann es mit Hilfe folgender Grafik anschaulich darstellen:

Ausgehend vom roten Punkt hat jeder blaue Punkte denselben Informationsstand. Die Punkte repräsentieren einzelne Rechner im Netzwerk und können darin alle Informationen abrufen. Sollte einer der Rechner ausfallen, hat dies keinen Einfluss auf das Netzwerk, denn jeder Rechner arbeitet für sich autark. Somit ist die Sicherheit und das Fortbestehen des Netzwerks nicht an einen oder mehreren Rechnern gekoppelt. 

Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Rechner, die offline waren und den neuen Informationsstand nicht erhalten haben, bei der nächsten Anmeldung selbstständig mit dem Netzwerk synchronisieren. Ein Ausfall der Daten oder eine Manipulation werden hiermit erschwert.

Verfügbarkeiten von Clouds

Ein Problem bei Cloud-Diensten kann die Verfügbarkeit darstellen. Das heißt, mal funktioniert der Cloud-Speicher nicht oder eine Anmeldung ist nicht möglich. Cloud-Service Provider stellen sich diesen Ausfällen aber aktiv entgegen und versuchen die Downtime, also die Zeit wie lange die Cloud nicht verfügbar ist, auf ein Minimum zu reduzieren. 

Auf computerweekly.de wurde eine Analyse durchgeführt, wo die Downtime tatsächlich liegt. Dabei ergab sich bei mehreren Cloud-Diensten eine Verfügbarkeit von > 99%, was einer Downtime von 13 Minuten bis 3 Stunden über das ganze Jahr verteilt entspricht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Clouds eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit bieten.

Gewinnung von Produktionsdaten

Datenlogger:

Ein Datenlogger zeichnet über einen definierten Zeitraum eine bestimmte Anzahl an Daten auf. Dies ermöglicht ein dokumentieren, analysieren und verifizieren der aufgenommen Daten.

Zur Ausstattung eines Datenloggers gehört normalerweise ein Messfühler, der die Daten aufnimmt und sie an eine Auswertelogik zur weiterverarbeitung schickt. Dies geschieht im Normalfall über einen Analog/Digital Wandler, der das analoge Messsignal in einen, für den Prozessor, lesbaren binärcode wandelt. Für den User stehen schließlich die Datensätze in digitaler Form zur Verfügung

SPS:

Über eine SPS ( Speicher-Programmierbare-Steuerung) können Sensoren an eine entsprechende analoge Eingangskarte angeschlossen werden, die das jeweilige Signal über eine proportionale Spannung und anschließender Wandlung dem User zur Verfügung stellt. Die Signalverarbeitung erfolgt komplett über die in der Anlage integrierte SPS.

Sensoren:

Sensoren können als analoge Bauteile ausgeführt sein, wie zum Beispiel ein Temperatursensor. Dieser ist je nach verwendetem Material für einen gewissenen Temperaturbereich ausgelegt und liefert eine der Temperatur proportionale Spannung, die über eine Verstärkerschaltung im 0-10V oder im Falle eines Stromes im 4-20mA Bereich liegt. Diese Spannung kann dann entweder an den Datenlogger oder eine SPS weitergeleitet werden.

Vorteile cloudbasierter Datenerfassung

Zu dem sind Clouds immer und überall verfügbar, kosteneffizient und Ressourcenschonend.

Datensicherheit

Technisch sind alle Cloud-Dienste sicher. Das heißt: Die Datenkommunikation zwischen lokalem Rechner und dem Internet-Dienst geschieht verschlüsselt, sodass Unbefugte den Verkehr nicht einfach mitschneiden können. Zudem ist der Zugriff auf einen Cloud-Dienst passwortgeschützt.

Können die User durch Dritte ausspioniert werden? Die Möglichkeit besteht, jedoch gibt es verschiedene Ansätze um dies zu verhindern.

Kaum hilfreich ist die ohnehin meist standardmäßig aktivierte SSL- oder TLS-Transportverschlüsselung, weil diese nur während der Übertragung der Daten greift, nicht aber den Zugriff auf dem Server verhindert. Für die Cloud ebenfalls nur bedingt geeignet ist die Verschlüsselung am Speicherort selbst, also auf dem Server des Onlinedienstes, da theoretisch auch die Administratoren Zugriff darauf haben.

Davor bewahrt eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, auch als End-to-End- oder End-2-End-Encryption („E2EE“) bezeichnet. Dabei werden die Daten vor der Übertragung lokal auf dem Rechner oder mobilen Endgerät verschlüsselt. Das Dekodieren ist dann – egal an welcher Stelle – nur mit einem persönlichen Kennwort möglich.

Online-Backup mit Verschlüsselung

Neben dem gewöhnlichen Cloudspeicher, der vor allem als Ablage und zum Synchronisieren von Daten dient, bieten spezielle Anbieter explizit die Datensicherung in der Cloud. Ein solches Online-Backup arbeitet ähnlich wie eine lokale Datensicherung, speichert also sämtliche neuen und veränderten Daten: nur eben nicht auf einer Festplatte zu Hause, sondern auf dem Server des Dienstleisters. Diese Auslagerung gewährleistet ein deutlich höheres Maß gegen Wasserschäden, Blitzeinschlag und Feuer, gegen Einbruch und Diebstahl sowie gegen defekte Datenträger, meist inklusive sicherer End-to-End-Verschlüsselung.