Ein typisches mittelständisches Fertigungsunternehmen hat einen Maschinenpark, der sich über mehrere Jahrzehnte angesammelt hat: CNC-Maschinen aus den 90ern neben modernen Bearbeitungszentren, Spritzgussmaschinen verschiedener Generationen, hydraulische Pressen ohne jede Netzwerkschnittstelle. Die Vernetzung dieser heterogenen Maschinenwelt gilt als eines der härtesten Probleme in IoT-Projekten für die Fertigung.
Der häufigste erste Reflex: "Dann müssen wir eben neue Maschinen kaufen" oder "Die SPS muss getauscht werden." Beides ist teuer, aufwändig und in vielen Fällen gar nicht notwendig. Dieser Beitrag zeigt, was technisch ohne SPS-Tausch möglich ist – und wo die Grenzen liegen.
Das Retrofit-Problem in der Praxis
Ältere Maschinen (Baujahr vor ca. 2010) haben in der Regel keine Ethernet-Schnittstelle und kein standardisiertes Kommunikationsprotokoll für externe Systeme. Was sie häufig haben: serielle Schnittstellen (RS-232, RS-485), analoge Signalausgänge (4–20 mA, 0–10 V), digitale Ein-/Ausgänge (24 V DC) und in manchen Fällen proprietäre Schnittstellen des Maschinenherstellers.
Das Ziel eines Retrofits ist nicht, die SPS zu ersetzen oder zu modifizieren – das ist aufwändig, riskiert die Maschinenzulassung und erfordert tiefes Maschinenkenntnis. Das Ziel ist, von außen lesend auf verfügbare Signale zuzugreifen und diese in ein standardisiertes, für eine IoT-Plattform verarbeitbares Format zu übersetzen.
Externe Datenerfassung ohne SPS-Eingriff
Analoge und digitale Signalerfassung
Fast jede Fertigungsmaschine hat externe Signalausgänge – auch wenn sie nicht als "IoT-fähig" bezeichnet wird. Statuslampen, Störmeldekontakte, Betriebsmeldesignale und Zählimpulse sind über einfache digitale I/O-Module abgreifbar. Energiemessgeräte können an der Maschineneinspeisung nichtinvasiv nachgerüstet werden.
Spezialisierte DAQ-Module (Data Acquisition) wie die von Advantech, National Instruments oder Wago können analoge Spannungen und Ströme sowie digitale Signale erfassen und direkt über Modbus TCP oder OPC-UA an übergeordnete Systeme weitergeben – ohne Eingriff in die SPS-Konfiguration.
Serielle Protokoll-Adapter
Viele ältere SPS-Systeme (Siemens S5, Mitsubishi MELSEC, Fanuc CNC) kommunizieren über RS-232 oder RS-485 mit proprietären Protokollen. Spezialisierte Protokolladapter können diese proprietären Protokolle lesen und in OPC-UA oder MQTT übersetzen. Anbieter wie Kepware (jetzt Teil von PTC), Softing oder HMS Networks (Anybus) decken eine Vielzahl dieser Altprotokolle ab.
Voraussetzung: Es muss ein Lesekanal am seriellen Port verfügbar sein, der nicht bereits vollständig durch die Maschinensteuerung belegt ist. In vielen Fällen ist ein zweiter Port verfügbar oder kann durch einen Port-Multiplexer freigegeben werden.
PROFIBUS/PROFINET-Tap
Bei Maschinen, die PROFIBUS oder PROFINET intern nutzen (ohne nach außen zu kommunizieren), ist ein passives Abgreifen des Feldbusses möglich. PROFIBUS-Taps und PROFINET-Mirror-Port-Lösungen ermöglichen das Mitlesen des Buskommunikation, ohne in den Datenfluss einzugreifen. Anbieter wie Procentec oder Softing bieten entsprechende Hardware an.
In einem Retrofit-Projekt mit 8 Spritzgussmaschinen (Baujahr 1998–2006) haben wir ohne einen einzigen SPS-Eingriff Energieverbrauch, Zykluszeiten und Betriebszustände über externe DAQ-Module und einen Kepware-Adapter erfasst. Installationszeit pro Maschine: 4–6 Stunden. Kosten pro Maschine: ca. 800–1.200 Euro Hardware.
Protokolladapter und IoT-Gateways
Der Markt für industrielle Protokolladapter und IoT-Gateways hat sich in den letzten Jahren erheblich entwickelt. Relevante Lösungen für den Mittelstand:
| Produkt | Unterstützte Quellprotokolle | Ausgabe |
|---|---|---|
| Kepware KEPServerEX | 250+ Treiber (Siemens, Fanuc, Mitsubishi, Modbus, ...) | OPC-UA, MQTT, REST |
| HMS Anybus Communicator | PROFIBUS, DeviceNet, CANopen, Modbus RTU | PROFINET, EtherNet/IP, MQTT |
| Softing edgeConnector | Siemens S5/S7, Modbus, OPC-DA | OPC-UA, MQTT |
| Moxa MGate | Modbus RTU/ASCII, PROFIBUS, CANopen | Modbus TCP, EtherNet/IP |
Was technisch nicht möglich ist
Ein Retrofit ohne SPS-Eingriff hat klare Grenzen. Was ohne direkte SPS-Integration nicht erreichbar ist:
- Prozessparameter-Lesen aus internem SPS-Speicher: Wenn die SPS keine externe Leseschnittstelle bietet und kein Protokolladapter verfügbar ist, bleiben interne Prozessvariablen unzugänglich.
- Steuerungseingriffe: Setzen von Sollwerten, Starten/Stoppen von Programmen – ohne SPS-Zugang nicht möglich und aus Sicherheitsgründen auch nicht sinnvoll ohne entsprechende Zugangskonzepte.
- Hochfrequente Zustandsdaten direkt aus der SPS: Wenn die SPS nur 100-ms-Zyklen fährt und keine schnelle externe Abfrageschnittstelle bietet, ist die maximale Datenrate durch die SPS begrenzt.
Fazit
Die Vernetzung älterer Maschinen ohne SPS-Tausch ist in der Praxis in deutlich mehr Fällen möglich, als viele Fertigungsunternehmen vermuten. Die richtige Kombination aus externen DAQ-Modulen, Protokolladaptern und IoT-Gateways kann auch einen Maschinenpark der 90er-Jahre in eine digitale Dateninfrastruktur integrieren – zu einem Bruchteil der Kosten eines SPS-Tausches. Entscheidend ist eine sorgfältige Analyse der verfügbaren Signale und Schnittstellen vor der Planung.