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Daten in die Cloud gebracht

Tore zum Internet of Things

IoT-Gateways, in Form von Smart-Sensoren, Edge-Controllern und intelligenten Edge-PCs können die Sensor- und Aktordaten gezielt und abgesichert in eine Public oder eine Private Cloud transportieren. Ihnen kommt damit bei der Realisierung von Industrie 4.0- beziehungsweise IoT-Projekten eine zentrale Bedeutung zu.

Per IoT-Gateway gelangen die Daten vom Sensor in die Cloud. (Schaubild)

Bild: Spectra GmbH & Co. KG

SPSen, Industrie-PC und unzählige Embeddedcontroller steuern und regeln die technischen Prozesse in den Produktionshallen und Anlagen zuverlässig und höchst effizient. Die Kommunikationswege, Feldbusse und Protokolle sind für jede Maschine und jeden Anlagenteil auf Geschwindigkeit und Durchsatz optimiert. Dort, in der heterogenen Welt der Operational Technology (OT) entstehen die Daten, die dem Anwender – nach dem Ansatz von Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things (IIoT) – neuen Nutzen bringen sollen: Fertigungslose bis runter auf Losgröße 1, vorausschauender Service, automatisierte Verknüpfungen bis ins Auftrags- und Bestellwesen. Doch dazu müssen die Daten die OT verlassen und in die homogene Welt der Information Technology (IT) transformiert werden, denn dort sind Qualitätsanalyse, Produktionsstatistik, Manufacturing Execution-Systeme und Enterprise Resource Planning-Anwendungen (MES/ERP) angesiedelt. Die Vermittler zwischen den beiden Welten sind IoT-Gateways, die an der Nahtstelle zwischen OT und IT am Rand (Edge) aufgestellt sind. Sie bieten Konnektivität in Bezug auf die Hardwareschnittstellen und die Softwareprotokolle.

Daten sammeln mit Gateways

IoT-Gateways sammeln die Daten von den unterschiedlichen Geräten der OT. Über Ethernet oder Feldbus stellen sie Verbindungen zu Industrie-PC und SPS her. Auf der anderen Seite leiten sie diese an Cloud-Dienste weiter. Zur Kategorie der IoT-Gateways zählen beispielsweise Smart-Sensoren, Edge-Controller und Edge-PCs. Smart-Sensoren erfassen einzelne Messwerte wie Temperatur oder Feuchte und leiten diese unverarbeitet in die Cloud weiter. Der Edge-Controller ist auf einzelne E/A-Systeme spezialisiert und leitet deren Daten wie ein Router lediglich 1:1 weiter. Ein Edge-PC ist hingegen mit Programmen ausgestattet, die die Daten verdichten und bereits vorverarbeiten. Zudem schützt er den Datenstrom vor fehlender Bandbreite und temporärem Verbindungsverlust, einem Manko des Cloud-Computings. Diese Eigenschaften definieren den Edge-PC als eigenständige Geräteklasse in der Automation.

IoT-Gateways - IoT-Controller Wise-5231. Dieser kommuniziert per Modbus-RTU/TCP-Protokoll mit der SPS

Bild: Spectra GmbH & Co. KG

Universell einsetzbar

Der Smart-Sensor hat z.B. über eine eSIM direkten Zugang zum Mobilfunknetz und zum Internet. Er vereint OT, IT und IoT-Gateway in einer einzigen Komponente. Wer diesen direkten Weg in die Public Cloud nicht gehen und beispielsweise aus Sicherheitsgründen nicht alle Daten in die Cloud schicken möchte, der bleibt weiterhin beim klassischen Sensor mit angebundenem Edge-Controller. Vertreter dieses Typs von E/A-Modulen sind beispielsweise die digitalen E/A-Module der MQ-7200 Serie von Spectra, deren Datenkommunikation über das IoT-Protokoll MQTT erfolgt.

Retrofit für die Digitalisierung

Beim Retrofitting soll möglichst nicht tief in die bestehenden Strukturen eingegriffen werden. In diesem Fall setzt man nicht direkt am Sensor an, sondern am übergeordneten Feldbus-Controller beziehungsweise der Steuerung. Auf diese greift das Edge-Gateway zu und leitet die Daten weiter Richtung Cloud. Möglich ist das unter anderem mit dem IoT-Controller Wise-5231 von Spectra. Dieser kommuniziert per Modbus-RTU/TCP-Protokoll mit der SPS und gibt die Daten im MQTT-Format an den Cloud-Dienst weiter.

Freiheit mit Industrie-PCs

Größere Freiheiten bei der Implementierung eines IoT-Gateways bietet jedoch ein Industrie-PC, der die notwendigen Schnittstellen und auch schon eine Softwareumgebung für die Entwicklung von I4.0/IoT-Projekten mitbringt, oft Edge-PC genannt. Ein Vertreter dieser Gruppe ist beispielsweise die lüfterlose Mini-PC-Serie Spectra Powerbox 100-IoT. Abhängig vom Leistungsbedarf stehen Modelle mit unterschiedlichen Prozessoren zur Verfügung. Eine entsprechende Software ist für IoT-Anwendungen vorinstalliert. Die Softwareumgebung basiert auf einem Linux-OS. Die IoT-Enwicklungsumgebung Node-Red ist ebenfalls vorinstalliert.


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