Automatisierung Industrie 4.0 - Herausforderungen und Lösungen für Speicher

Redakteur: Margit Kuther

Um im Industrie-4.0-Umfeld erfolgreich zu sein, ist eine Vernetzung von Cloud und Hardware-Systemen unabdingbar. Dies erfordert Qualitätsspeichermedien, die unter verschiedensten Bedingungen eine zuverlässige, gleichmäßige Leistung erbringen.

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Smart Factory: Mit seinen intelligenten Kontrollsystemen und -Plattformen erlaubt dieses Konzept Prozessoptimierungen, Datenerhebung und -Analyse und Echtzeit-Reporting.
Smart Factory: Mit seinen intelligenten Kontrollsystemen und -Plattformen erlaubt dieses Konzept Prozessoptimierungen, Datenerhebung und -Analyse und Echtzeit-Reporting.
(Bild: ATP)

Industrie 4.0 beschreibt die Integration von Cloud-basierten und physischen Systemkonzepten, und ist seit 2011 ein bestimmendes Thema. Durch die Verbreitung des Internet of Things (IoT) kommen IoT-Netzwerke den einzelnen Produktionsstandorten und ihren Prozessen zugute. Das Konzept der „Smart Factory“ mit seinen intelligenten Kontrollsystemen und -Plattformen erlaubt Prozessoptimierungen, Datenerhebung und -Analyse oder Echtzeit-Reporting.

Im Detail wird das Netzwerk mit einer Vielzahl an Objekten von Instrumenten in der Fertigung bis hin zu Unternehmenskontrollsystemen verbunden, wodurch Power Fail Protection, Datensicherheit und der Temperaturbereich zu wichtigen Faktoren werden.

Dies wiederum führt dazu, dass spezielle Speicherlösungen mit besonderen Funktionen im Bezug auf Endurance, Zuverlässigkeit und Optimierung auf lese- oder schreibintensive Anwendungen in der Automatisierung benötigt werden.

Bedingt durch die Vielzahl der Anwendungsgebiete innerhalb der Automatisierungstechnik ergeben sich eine Reihe von möglichen Herausforderungen und entsprechender Lösungen.

Szenario 1: Sichere Datenqualität in leseintensiven Anwendungen

Die Optimierung des Speichermediums sowohl auf lese- als auch schreibintensive Anwendungsbereiche ist ausschlaggebend um Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sicherstellen zu können.

In der Regel wird zuerst einmalig eine große Datenmenge auf den Flash-Speicher geschrieben, die dann sehr häufig ausgelesen wird. Dadurch ist insbesondere eine hohe Data Retention wichtig, um die Sicherheit der Programmdaten für Herstellungsprozesse und Kontrollsysteme zu garantieren.

Somit sind sowohl die Vermeidung von Read-Disturb-Effekten (z.B. bei 100.000 Lesezugriffen in unterschiedlichen Temperaturbereichen) als auch die Sicherstellung der Datenqualität bei alternden Flash-Zellen wichtig.

Das AutoRefresh von ATP stellt durch regelmäßige Prüfung aller Daten deren Qualität sicher, insbesondere in leseintensiven Applikationen, und verhindert dadurch Datenverluste durch Read-Disturb-Effekte oder Data-Retention-Probleme.

Szenario 2: Optimierung für schreibintensive Anwendungen

Im Gegensatz zu den Herausforderungen bei leseintensiven Anwendungen geht es bei hoher Schreiblast vor allem darum, den Write-Amplification-Index (WAI) zu minimieren, um die Lebensdauer des Speichermediums zu erhöhen.

Werden hauptsächlich größere Dateien sequenziell geschrieben, spielt zudem die Anzahl der verfügbaren Spare Blocks eine Rolle – bei überwiegend kleinen Dateien im Random-Zugriff sind neben dem WAI vor allem multiple Partitionen wichtig.

Gerade das häufige Schreiben kleiner Dateien kann den WAI und damit die Lebensdauer des Flash-Speichers erheblich beeinflussen, da immer jeweils mindestens eine komplette Page geschrieben werden muss, selbst wenn die eigentliche Datei kleiner ist.

Das ATP- eigene S.M.A.R.T/SD Life Monitor Tool überwacht den aktuellen Status des Speichermediums und bietet dadurch verlässliche Informationen über dessen Zustand. Es kann ebenfalls direkt in die Host-Software implementiert werden und als Teil dieser als Frühwarnsystem Systemausfällen vorbeugen.

Um den unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Kommandosequenzen, Dateigrößen und Häufigkeit der Zugriffe gerecht zu werden, bietet ATP umfassende Zuverlässigkeits- und Simulations-Tests zur Abschätzung der möglichen Nutzungsdauer des ATP-Produktes im jeweiligen Anwendungsbereich und ermöglicht somit eine höhere Effizienz der Applikation.

Szenario 3: Spannungsabfälle und Spannungsausfälle

Ununterbrochene und gleichmäßige Leistung ist in der Regel eine Grundvoraussetzung für das Netzwerk aus Kontrollsystemen und produktionsorientierten Instrumenten in einer Smart Factory.

Die patentierte PowerProtector-Technologie von ATP, bestehend aus einem eigenständigen Hardware-Design in Kombination mit Kondensatoren, bietet den hierfür benötigten Schutz.

Gewöhnliche Flash-Produkte ohne PowerProtector werden bei einem Spannungsabfall plötzlich und unerwartet abgeschaltet, wodurch es zu Datenverlusten kommen kann, insbesondere bei aktiviertem DRAM-Write-Cache. Die neue PowerProtector-Technologie von ATP hingegen stellt sicher, dass selbst bei unerwarteten Spannungsabfällen genügend Backup-Energie bereitgestellt wird. um sämtliche empfangene Daten sicher in die Flash-Zellen zu speichern und bietet somit durch die intelligente Kombination von Hardware- und Firmware-Design umfassenden Datenschutz.

Szenario 4: Schwierige Umweltbedingungen

Um die Herausforderungen von schwierigen Bedingungen wie Feuchtigkeit oder Staub zu meistern, empfiehlt ATP die Verwendung von Produkten, die basierend auf ATPs Technologie System-in-Package (SiP) hergestellt und durch IEC- 60529-IP57/67-Tests sowie Conformal Coating mit Chemical-Vapor-Deposition- (CVD) Technologie als wasserdicht und staubdicht zertifiziert sind.

Zudem bieten ATPs Lösungen mit erweiterten Temperaturbereichen sowie MIL-STD und JEDEC-basierten Schock & Vibrations-Tests umfassenden Schutz für Betriebssystem, Anwendungen und zusätzliche Daten eines Automatisierungs-Systems.

Szenario 5: Langfristige Zuverlässigkeit / Qualitätsmanagement

Im Gegensatz zu Produkten für kommerzielle Anwendungen sind höchste Zuverlässigkeit und Langzeitverfügbarkeit wichtige Faktoren für die Industrieautomation. Total Cost of Ownership (TCO) rückt hierbei in den Vordergrund, da hierdurch versteckte Kosten für Produktvalidierung, Ausfällen im Feld und Produktaustausch berücksichtigt werden.

ATP stellt die Zuverlässigkeit seiner neuen Produkte durch eine Reihe umfassender Tests basierend auf höchsten Standards und zugeschnitten auf die Anforderungen industrieller Anwendungen sicher.

Durch Cloud- und Hardware-Vernetzung erfolgreich im Industrie-4.0-Umfeld

Um im Industrie-4.0-Umfeld erfolgreich zu sein ist eine Vernetzung von Cloud und Hardware-Systemen unabdingbar. Eine Smart Factory bietet bereits heute eine effektive, zentral gesteuerte Zusammenarbeit verschiedener Maschinen, bringt hierdurch allerdings hohe Anforderungen für die Automatisierungsanwendungen mit sich.

Die Qualitätsspeichermedien von ATP bieten zuverlässige, gleichmäßige Leistung unter unterschiedlichsten Bedingungen und ermöglichen dadurch eine flexible Anpassung an die schnelle Weiterentwicklung der Industrie.

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