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Vernetzt zum Industrial Internet of Things

Sonnenaufgang für x86-Rechner

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90 Prozent der Investitionen in erneuerbare Energien fließen in die Solar- und Windenergie. Kraftwerksbetreiber und Anlagenbauer arbeiten weltweit daran, die dezentralen Einrichtungen mittels IIoT-Technologie kostengünstiger und sicherer zu machen. Bild: Moxa Europe GmbH

Die Datenflut dezentral bewältigen

Echtzeitfähige Businesssoftware wie ERP- und MES-Anwendungen befähigen die Mitarbeiter, Entscheidungen schneller zu treffen. Damit lassen sich auf vielen Ebenen Kosten senken und Verluste verhindern. Dazu müssen Anwender jedoch über Systeme verfügen, die große Datenvolumina mit minimaler Latenz verarbeiten können. Gängigen Infrastrukturen sind in IIoT-Anwendungen dabei Grenzen gesetzt: Feldgeräte können nun so viele Daten erfassen, dass die bisherige Herangehensweise, Daten stapelweise und in geplanten Intervallen zu verarbeiten, oft nicht mehr ausreicht. Die Netzwerke und Computersysteme werden von den Unmengen an Daten auf dem Weg zum Kontrollzentrum schlicht überladen. Mit der Vorverarbeitung von Daten lässt sich Nutzloses bereits nahe ihrer Quelle aussortieren, damit sie das Netzwerk nicht verstopfen und Mitarbeiter nicht von ihren zentralen Aufgaben ablenken. Daher dürfte es zu einer zentralen Funktion von IIoT-Anwendungen werden, Daten in Echtzeit und am Rand des Netzwerks zu verarbeiten. Auch für diese Aufgabe bringen viele industrietaugliche PCs die passende Hardware mit.

Beispiel aus der Stromerzeugung

Die Energiewirtschaft ist einer der Hauptinteressenten an IIoT-Technologien. Angesichts der globalen Sorge über den Klimawandel sind erneuerbare Energien auf dem Vormarsch, wobei 90 Prozent der weltweiten Investitionen in regenerative Energie derzeit in Wind- und Solarparks fließen. Diese Anlagen erfordern fortlaufende Datenverarbeitung etwa für sich dynamisch anpassende Winkel von Solar-Panelen und Windradflügeln.

Ein x86-Computer ist wohl das sinnvollste Gerät für die Lösung dieser Aufgaben, denn er kann die hohe Rechenleistung bieten, über die RISC-Computer kaum verfügen. Sie reicht aus, um große Mengen komplexer Daten von Rotoren, Getrieben und anderen Geräten in Echtzeit zu verarbeiten. Gleichzeitig hält sich der Stromverbrauch in Grenzen und die Abmessungen der Einheiten sind kompakt genug für das begrenzte Platzangebot in den Anlagen. Viele industrietaugliche PCs sind zudem dafür ausgelegt, unter den rauen Umgebungsbedingungen ihren Dienst zu verrichten, in denen die Kraftwerke betrieben werden.

Die Computer müssen üblicherweise Temperaturen von minus 40 bis plus 70 Grad Celsius standhalten, manchmal sogar bis zu 85 Grad Celsius. Sofern die verbauten x86-Computer über die passenden Schnittstellen und Netzwerkverbindungen verfügen, können die Stromerzeuger in den Verbund eines Internet of Things eingebunden werden. Ein möglicher Einsatz: Wenn Geräteausfälle oder Funk-Interferenzen eine Windturbine daran hindern, mit dem Kontrollzentrum zu kommunizieren, kann sie über eine kürzere Verbindung zu einer weiteren Turbine kommunizieren.

Voraussetzungen für die problemlose Nachrüstung

Neben ihren Kommunikationsfähigkeiten sind viele Teilnehmer in IIoT-Infrastrukturen interoperabel und rückwärtskompatibel. Bestehende Geräte und Anlagen in der Industrie, der Energiewirtschaft und im Transportwesen nutzen eine Reihe von Datenschnittstellen, einschließlich digitaler Ein- und Ausgänge, RS-232, 422/485-Schnittstellen, Ethernet und USB. Wenn ein IPC diese Standards unterstützt, ist moderne Ausstattung leichter nachzurüsten. Insgesamt lässt sich die Infrastruktur eines Unternehmens mit diesem Technologiegerüst leichter an den Anforderungen ausrichten, die künftige Geschäftsmodelle der IT abverlangen mögen. Zugleich erlauben die Standards die Umrüstung ganzer Fabriknetzwerke Schritt für Schritt. Der parallele Betrieb von alten und neuen Systemen ist üblich. Computer in IIoT-Systemen müssen also über eine Vielzahl an Schnittstellen verfügen und die richtigen Kommunikationsprotokolle unterstützen.

Zeit und Kosten mit kabelloser Datenübertragung sparen

IIoT-Plattformen helfen Fertigungsunternehmen dabei, ihre Geräte miteinander und mit dem Kontrollzentrum zu verbinden. Neben verschiedenen E-/A-Schnittstellen für die Anbindung von nachgeschalteten Geräten muss der Computer die Daten auch an vorgeschaltete Geräte senden. Ethernet wird üblicherweise für viele dieser Verbindungen eingesetzt, bei seiner Installation gibt es jedoch oft Schwierigkeiten. Da nach dem IoT-Konzept mehr und mehr Geräte ins Netzwerk eingebunden werden, steigt die Menge an nötiger Verkabelung und damit die Kosten. Zusätzlich sind industrielle Netzwerke gefordert, immer weiter voneinander entfernte Geräte zu verbinden. Wireless-Netzwerke bieten sich als Lösung dieses Dilemmas an. Mit kabellosen Technologien lassen sich Industriegeräte und Sensoren oft insbesondere dort komfortabel mit den Netzwerken verbinden, wo noch keine Kabel liegen. Installationszeiten und -kosten sinken. Drahtlose Signale reisen durch die Luft und werden in ihrer Qualität durch die Umgebungsbedingungen beeinflusst. Dabei halten Hersteller die Temperatur für den kritischsten Faktor. Sollen Wireless Devices eine Verkabelung ersetzen, ist die Stabilität und Leistung der Verbindung die größte Herausforderung für IIoT-Geräte.

Wireless-Leistung und Thermik

Hersteller von Industrie-PCs versuchen, die thermischen Schwierigkeiten zu lösen, um stabile Wireless-Leistung auch unter extremen Umgebungsbedingungen sicherzustellen. Es gilt, die Temperatur um die Wireless-Komponenten herum zu stabilisieren und Hitze abzuleiten. Dazu muss der Host Computer über ein ausgeklügeltes thermisches Design verfügen. Die IPC-Serien V2201 und V2403 von Moxa wurden speziell für den Einsatz unter extremen Feldbedingungen entwickelt. Sie unterstützen Wi-Fi sowie 3G- und 4G-Konnektivität bei einer Betriebstemperatur von minus 40 bis plus 70 Grad Celsius mit einem lüfterlosen, kompakten Formfaktor. Die Grundlage für diesen technologischen Durchbruch bildet das vom Hersteller patentierte thermische Design der Rechner.

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Mit verschiedenen E/A-Schnittstellen sind die V2201- und V2403-Serien kompatibel zu zahlreichen Industriegeräten, wodurch Installationskosten reduziert werden. Mit ihren x86-CPU-Optionen, den kompakten Abmessungen und dem robusten Design sind die Einheiten ausdrücklich für den Einsatz in industriellen IoT-Anwendungen ausgelegt. Dazu bringen die Computern eine ausreichend niedrige Datenlatenz mit – bei gleichzeitig oft geringeren Instandhaltungskosten ohne Abstriche bei der Betriebsstabilität.


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