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Vom Sensor bis ins ERP

Der Weg der Daten im Industrial IoT

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Vom Sensor zum Gateway

Alle für die Produktion interessanten Daten werden also entweder direkt an der Steuerelektronik ausgeleitet oder über zusätzliche Sensoren ermittelt. In der Regel sind aber weder IoT-Module noch Sensorboxen direkt mit der IoT-Plattform vernetzt. Stattdessen wird die Verbindung über IoT-Gateways hergestellt, die zwischen Sensoren und Geräten auf der einen und der IoT-Plattform auf der anderen Seite sitzen. Diese Gateways bündeln die Datenströme der Sensoren für die zentrale Plattform. Dadurch wird die verfügbare Bandbreite besser ausgenutzt. Lediglich in Einzelfällen empfiehlt sich eine Direktverbindung einzelner IoT-Sensorboxen, etwa wenn einzelne, weiter abgelegene Messpunkte angeschlossen werden müssen. Nur das IoT-Gateway baut tatsächlich eine Verbindung zur zentralen Plattform auf. Das erhöht auch die Sicherheit, denn so ist die Produktionsanlage über das Gateway vor Zugriffen von außen geschützt. Den wichtigsten Schutz bieten verschlüsselte Verbindungen vom Sensor zum Gateway und dann zur zentralen IoT-Plattform. Dies ist wesentlich, damit die Sensorwerte auch wirklich unverändert und verlässlich sind und in der Gegenrichtung auch nur verlässliche Verbindungen Steuerungsbefehle senden können. Hierzu benötigt es besondere Maßnahmen der IT-Security, insbesondere eine sichere Speicherung der notwendigen Schlüssel. Gateways sind aber nicht auf die Übertragungsfunktion zwischen Maschine, Sensor und zentraler IoT-Plattform beschränkt. Zunehmend wird auch Rechenkapazität im Gateway angesiedelt, also an den ‚Rand‘ des Netzwerks, in der Fachsprache ‚Edge Computing‘ genannt.

In vielen Fällen ist es nämlich gar nicht sinnvoll, alle Messwerte in die zentrale Plattform zu übertragen. Ein Beispiel: Temperatursensoren ermitteln die Daten teils im Sekundentakt. Dadurch entstehen in kurzer Zeit enorme Datenmengen, die erfasst und gespeichert werden müssen. Diese gesamte Datenbasis ist häufig gar nicht notwendig, da im Regelfall lediglich Temperaturveränderungen von Interesse sind. Es ist also sinnvoll, einen Messwert lediglich dann zu übertragen, wenn er vom vorhergehenden abweicht. In solchen Situationen sollen gegebenenfalls auch direkte Alarme ausgelöst werden oder Prozesse der vorausschauenden Wartung initiiert werden. Eine solche Verarbeitung und Bewertung der Daten ist ein typischer Fall für Gateways mit eigener Rechenkapazität. Weitere Möglichkeiten sind etwa die Komprimierung der Daten, sodass in der ERP-Anwendung lediglich aggregierte Daten gespeichert werden – etwa eine grob aufgelöste Zeitreihe mit Tages- oder Wochenvolumina. Für die Übertragung in die zentrale IoT-Plattform können alle gängigen Technologien eingesetzt werden, beispielsweise ein bestehendes WLAN oder eine vorhandene Anbindung an das Internet per Glasfaser, Kupferkabel oder Mobilfunk.

Letzteres rüsten Telekommunikationsunternehmen im Moment auf 5G-Technologie auf. Diese folgt auf das aktuelle 4G-LTE-Netz und ist stärker an das Internet der Dinge angepasst: Sie bietet eine hohe Datenübertragungsrate von zehn Gigabit/Sekunde oder mehr, kürzere Latenzzeiten und einen geringeren Stromverbrauch. Für geringe Datenmengen mit unkritischen Übertragungsgeschwindigkeiten, also für Sensorikdaten, entstehen im Moment unterschiedliche LPWAN-Technologien (Low Power Wide Area Network) als Alternative zum herkömmlichen Mobilfunk. Verschiedene Anbieter bauen die Kommunikationsverfahren LoRaWAN, NarrowBand-IoT (NB-IoT) oder Sigfox zurzeit als öffentliche Netze auf oder bieten sie teils bereits an. Diese Technologien werden in Zukunft vermutlich parallel betrieben, da die einzelnen Standards unterschiedliche Vorteile haben. Ein Beispiel: NB-IoT ermöglicht stabile Verbindungen auch dann, wenn starkes Mauerwerk anderen Funktechnologien Schwierigkeiten bereitet.

Industrial IoT - Ein IoT-Modul liefert Funkverbindung und Ende-zu Ende-Verschlüsselung zur Vernetzung von Geräten.

Bild: Q-loud GmbH

Die Plattform für das IIoT

Am Ende dieser langen Kette aus Geräten und Verbindungen steht eine IoT-Plattform. Damit die Daten endgültig ihren Weg ins ERP-System finden, muss die Plattform sie zunächst in das gewünschte Datenformat konvertieren. Die IoT-Plattform arbeitet hier als eine Art Drehscheibe für Daten, die eine Vermittlerposition (Databroker) zwischen IoT-Hardware und den weiterverarbeitenden Systemen einnimmt. Um eine größtmögliche Unabhängigkeit von spezifischen Herstellerformaten zu erreichen, sind IoT-Plattformen im Idealfall über eine offene dokumentierte Schnittstelle erreichbar. Die Nutzer der Plattform können diese programmierbare Schnittstelle nutzen, um die vorhandenen Daten in ihre eigenen Systeme zu integrieren – ERP-Anwendungen, aber auch andere Business Software. Der Vorteil: Das ERP-System muss nicht selbst in einer Cloud verortet sein, sondern kann auch auf eigenen Rechnern betrieben werden – bisherige Lösungen können also problemlos weiter genutzt werden.


Christian Pereira ist Geschäftsführer des QSC-Tochterunternehmens Q-loud.


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