Opwinden met switches en firewalls

Drahtwerk Elisental en Helmholz implementeren op de toekomst gebaseerde netwerkoplossingen voor bestaande machinebesturingen

Als onafhankelijke specialist voor aluminiumdraden en -staven houdt de Elisental-draadfabriek in Neuenrade, Noordrijn-Westfalen, zich staande in een uiterst competitieve wereldmarkt. Voorwaarde hiervoor zijn hun 100 jaar ervaring, flexibele productiesystemen en last but not least de continue investeringen in digitalisering. Het gevestigde bedrijf zet momenteel een beslissende stap richting Industrie 4.0 en hun toekomst door de bestaande machinebesturingen te integreren in een hoger netwerk.

Of het nu gaat om het kleine nietje in theezakjes, het architectonisch weefsel in moderne gebouwen of als verbindend element in de vliegtuigbouw, de aluminium producten van Drahtwerk Elisental W. Erdmann GmbH & Co. zijn overal ter wereld te vinden.

Opgericht in 1919 in Neuenrade bij Iserlohn, vertrouwde het onafhankelijke familiebedrijf vanaf het begin op draad als hoofdproduct – en al in een vroeg stadium op het toen nog jonge materiaal aluminium. Met de specialisatie in aluminium draad en staven heeft de draadfabriek Elisental, die nu in de derde en vierde generatie van de familie zit, zich succesvol gepositioneerd als een sterke speler in de internationale concurrentie met ongeveer 150 medewerkers.

Focus op digitalisering

Een van de pijlers van duurzaam bedrijfssucces is de voortdurende verdere ontwikkeling van het bedrijf en de productieprocessen. De automatisering met PROFIBUS en PROFINET, die al lang voltooid was, vormde een belangrijke moderniseringsimpuls.

Met het perspectief van de nieuwe mogelijkheden van Industry 4.0 en IoT was het in 2019 tijd voor nieuwe, toekomstgerichte benaderingen. Of zoals Dirk Urbach, medewerker van de technische dienst, het verwoordt: “We weten dat we veel moeten aanpakken om voorop te blijven lopen in de markt – en we hebben er al veel van geïmplementeerd.”

Voorheen kon het hogere bedrijfsnetwerk alleen registreren of een machine stilstond of produceerde, en soms met welke snelheid. Voor Dirk Urbach en zijn collega’s was het in eerste instantie een belangrijk doel om de data van de machines beter te benutten. Bijvoorbeeld voor gedetailleerde monitoring of in de toekomst voor geautomatiseerd verloop van de complete productie stappen.

Dit resulteerde in een duidelijke taak: “Hoe krijgen we de data rechtstreeks van de PLC in de software?” De eerste pogingen lieten al snel zien dat aan deze taak lang niet zo eenvoudig is te voldoen. Met name de netwerkkwaliteit was aanvankelijk onbevredigend. Dirk Urbach noemt hiervoor een reden:

“De broadcast-berichten van de machines interfereerden bijvoorbeeld met elkaar.” Wat nodig was, was een echt stabiel netwerk met netjes verzonden gegevens.

Totaalconcept van Helmholz

De oplossing hiervoor kwam uiteindelijk uit een totaalconcept van Helmholz. Hierdoor wordt elke machine geïntegreerd in het hogere netwerk. Deze gegevens zijn hiermee 1: 1 beschikbaar in de server en voor verder gebruik – momenteel via monitoringsoftware – en kunnen bijvoorbeeld als dagelijkse gegevenstabel (in Excel- of csv-bestandsformaat) worden geëxporteerd.

Managed PROFINET-switches met vier, acht en 16 poorten zorgen voor een vlot dataverkeer tussen machinebesturingen en monitoringsoftware door prioriteit te geven aan het PROFINET-verkeer. De PROFINET-switch herkent namelijk het type telegram, en bij een hoge overdrachtsbelasting worden de verschillende type telegrammen op prioriteit gesorteerd en verzonden. Dit voorkomt het verlies van tijd kritische telegrammen.

De switches bieden ook hele specifieke voordelen voor de gebruiker: “Ik kan de locatie van elke netwerkdeelnemer individueel toewijzen”, zegt Dirk Urbach. “Bovendien maken ze het netwerk veiliger dankzij deze toewijzing, en kunnen ook de elektriciens geen fouten meer maken. Last but not least: ik kan altijd zien wat er in het netwerk gebeurt. Ook via een VPN-verbinding. “

WALL IE Firewall / Bridge / NAT small Met de integratie van het machinenetwerk in een hoger productienetwerk ontstaat het probleem van cybersecurity. De Industrial Ethernet Bridge en Firewall, WALL IE van Helmholz, heeft daarom een belangrijke rol in het totaalconcept voor de Elisental-draadfabriek. Het machinenetwerk wordt gezien als een LAN (Local Area Network), het productie- of bedrijfsnetwerk als een WAN (Wide Area Network). De WALL IE beschermt beide netwerken door nauwkeurig te regelen welke deelnemers gegevens mogen uitwisselen. Om de gewenste gegevensoverdracht toe te staan, wordt er gebruik gemaakt van de pakketfilterfunctionaliteit.

Als extra bijzonderheid kan de WALL IE zowel in NAT-modus (Network address translation) als in bridge-modus worden gebruikt. In de bridge-modus fungeert het als een Layer 2-switch. In tegenstelling tot normale switches is pakketfiltering in deze bedrijfsmodus mogelijk. Het pakketfilter kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de toegang tussen het productienetwerk en de machine of lijn te reguleren.

Zo kan worden geconfigureerd dat alleen bepaalde deelnemers uit het productienetwerk gegevens mogen uitwisselen met gedefinieerde deelnemers uit de automatiseringscel.

Eerste praktische ervaring en vooruitzichten

Na de eerste paar maanden van praktisch gebruik is Dirk Urbach “super tevreden met de Helmholz-apparaten” en voegt eraan toe: “Het netwerk is sinds de ingebruikname stabiel en volledig probleemloos.”

Nadat acht state-of-the-art systemen in eerste instantie zijn uitgerust met netwerkcomponenten, is de volgende stap dat er nieuwe generaties besturingssystemen zullen volgen. De NETLink® Gateways van Helmholz zijn ideaal voor het integreren van oudere besturingen en automatiseringsapparatuur, vooral met Profibus – volgens Dirk Urbach

“Een mooie brug om oudere systemen zonder omwegen te integreren in digitale omgevingen”. In de laatste uitbreidingsfase zal de netwerkoplossing die Helmholz achtereenvolgens bij de draadfabriek Elisental heeft geïmplementeerd, in totaal 40 tot 50 geïntegreerde machines en systeemonderdelen omvatten.