„Cloud + Edge“ koordiniert – erfolgreich im IIoT-Zeitalter
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„Cloud + Edge“ koordiniert – Erfolg im IIoT-Zeitalter. Die moderne Industrie zeichnet sich durch eine wachsende Anzahl von Geräten aus, die an verschiedenen Standorten verteilt sind. Datenerfassung von unterschiedlichen Geräten: Die in Industrieanlagen eingesetzten Geräte erfassen kontinuierlich Daten aus verschiedenen Bereichen des Geländes und überwachen sowohl die Maschinen als auch die Umgebung.
„Cloud + Edge“ koordiniert – erfolgreich im IIoT-Zeitalter
In der modernen Industrie sind immer mehr Geräte an verschiedenen Standorten im Einsatz. Bei langjährigem Betrieb ist es unvermeidlich, dass einige von ihnen gelegentlich ausfallen. Um Probleme frühzeitig zu erkennen und präventive Maßnahmen zu ergreifen, ist es notwendig, ihren Betriebszustand zu überwachen. Traditionell werden Wartungstechniker regelmäßig zu Kontrollgängen vor Ort entsandt. Dies kann jedoch erhebliche Kosten verursachen, und Probleme lassen sich oft nicht rechtzeitig erkennen.
Da immer mehr Geräte mit dem Internet verbunden werden und stetig wachsende Datenmengen erzeugen, suchen Hersteller und Anwender nicht nur nach effizienterer Wartung, sondern auch nach tiefergehenden Erkenntnissen aus den Daten, um Wachstum zu fördern. Dies erfordert eine detailliertere Datenanalyse sowie verbesserte Verarbeitungs- und Analysemethoden. All diese Anforderungen stellen ein koordiniertes „Cloud + Edge“-IIoT-Ökosystem vor größere technische Herausforderungen.
1. Daten von verschiedenen Geräten sammeln
Auf Industrieanlagen eingesetzte Geräte erfassen kontinuierlich Daten aus verschiedenen Bereichen und überwachen sowohl Maschinen als auch die Umgebung. Da diese Geräte über unterschiedliche Schnittstellen (serielle Schnittstellen, Ethernet-Anschlüsse, Bluetooth, WLAN) verfügen, ist die Datenerfassung von allen Geräten nicht einfach. Die verschiedenen Gerätetypen generieren enorme Datenmengen, was eine große Herausforderung für die Gateways darstellt, die diese Daten sammeln und verarbeiten sollen.
Verschiedene Geräte kommunizieren mit unterschiedlichen Protokollen. Selbst innerhalb derselben Produktkategorie gibt es oft zahlreiche Optionen. Nehmen wir beispielsweise speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). In der Branche gibt es mehrere große Anbieter wie Siemens, Schneider Electric, Allen-Bradley usw., die jeweils ihr eigenes Protokoll verwenden. Einige Hersteller kommunizieren darüber hinaus über ihre eigenen Protokolle. Dies führt zu Kompatibilitätsproblemen für die Anwender, da die meisten herkömmlichen Datengateways nur wenige dieser Protokolle unterstützen. Das bedeutet, dass für einen einzigen Standort mehrere verschiedene Gateways benötigt werden, was hohe Investitionen in die Ausrüstung und hohe Kosten für einen Markenwechsel zur Folge hat.
Da die Geräte vor Ort immer vielfältiger werden und das oben genannte Problem akut wird, ist es notwendig, dass mehrere industrielle Protokolle integriert und private Protokolle ebenfalls kompatibel sind, damit Daten aus verschiedenen Quellen über ein einziges „All-in-One“-IIoT-Gateway übertragen werden können.
2. Daten am Edge vorverarbeiten
Im Zeitalter des Cloud-Computing werden Daten zur Verarbeitung, Speicherung und Analyse in die Cloud hochgeladen. Da ständig riesige Datenmengen generiert werden, entsteht eine zunehmende Belastung für die Cloud. Stellen Sie sich vor, alle Daten müssten Bit für Bit an die Cloud gesendet werden, und es müsste auf deren Empfang und Antwort (manchmal auch ohne Antwort) gewartet werden, bevor weitere Aktionen erfolgen. Dies führt zu erheblichen Latenzzeiten bei der Datenübertragung. Obwohl 5G das Geschwindigkeitsproblem lösen kann, ist die Cloud mit den enormen Datenmengen überlastet.
So entsteht das Konzept des Edge Computing. Mithilfe vorkonfigurierter Bedingungen oder programmierter Tools können Daten, die von verschiedenen Geräten erfasst werden, nahe ihrem Entstehungsort (dem „Edge“) gefiltert werden. Ein Teil dieser Daten kann lokal verarbeitet werden. Wird beispielsweise ein bestimmter Schwellenwert erreicht, kann das Gateway sofort reagieren, indem es beispielsweise Warnmeldungen an das Wartungspersonal sendet oder die Parameter von SPSen ändert. Es kann auch andere nachgelagerte Geräte über E/A-Schnittstellen steuern, sobald bestimmte Bedingungen erfüllt sind, sodass Steuerungen mit unterschiedlichen Protokollen Daten austauschen können.
Die restlichen, „bereinigten“ Daten werden dann in die Cloud gesendet. Dies spart nicht nur Datenfluss und Bandbreite, sondern entlastet vor allem die Cloud von übermäßiger Last.
3. Daten in die Cloud hochladen
Die heutige Welt ist zunehmend datengetrieben. Als Kernbestandteil des IIoT-Ökosystems spielt die Cloud eine zentrale Rolle bei der zentralen Verwaltung, Datenanalyse und Entscheidungsfindung.
So wie sich Datenerfassungsgeräte in ihren Kommunikationsprotokollen unterscheiden, variieren auch verschiedene Cloud-Anbieter in ihren Verbindungs- und Interaktionsmethoden. Beispielsweise werden große öffentliche Cloud-Anbieter wie Microsoft Azure und AWS über ein SDK angebunden. Auch die Interaktionslogik zwischen Clouds und den vom Edge angeforderten Funktionen ist unterschiedlich. Daher erfordert das Senden von Daten in die Cloud einen erheblichen Aufwand bei der Integration von Gateway und Cloud.
Ein Cloud-Gateway ermöglicht Systemintegratoren die einfache Anbindung an die Cloud, und die meisten Anwender benötigen eine individuelle Interaktion mit der Cloud, um ihre Daten hochzuladen. Glücklicherweise unterstützen moderne Cloud-Gateways dank des technologischen Fortschritts in der Regel die wichtigsten IoT-Cloud-Plattformen. Die Konfiguration der Cloud ist in wenigen Schritten erledigt, sodass Daten problemlos von der Quelle in die Cloud übertragen werden können.
Systemintegratoren überwachen alles aus der Cloud, um den einwandfreien Betrieb ihrer Systeme sicherzustellen, während Hersteller ihre Fabriken über SCADA-Systeme steuern müssen. Das Gateway ermöglicht es lokalen SCADA-Systemen daher, Daten über Industrieprotokolle und die Cloud via MQTT zu erfassen.
4. Digitale Projekte umsetzen
Die vollständige Digitalisierung braucht Zeit. Der Start eines neuen Projekts ist in der Regel mit erheblichem Aufwand verbunden: die Geräte müssen vorbereitet, integriert und die Anwendungen programmiert werden. In unserer schnelllebigen Welt ist Zeit alles.
Eine „Cloud + Edge“-Lösung sollte einfach zu implementieren und zu konfigurieren sein, damit neue Projekte schnellstmöglich umgesetzt werden können. Mit dem Aufkommen weiterer Management-Tools ist die Verwaltung dieser Gateways über eine Cloud-Plattform nahezu Standard. Die Webkonfiguration wird unterstützt, und die Konfigurationen können importiert und exportiert werden. Bereitstellung und Batch-Management lassen sich problemlos über die Plattform durchführen.
Um den sich ständig ändernden Geschäftsanforderungen gerecht zu werden und flexibel auf neue Anforderungen im Projektverlauf reagieren zu können, ist eine individuelle Anpassung unerlässlich. Beispielsweise benötigt die Cloud-Plattform in ihren verschiedenen Entwicklungsstufen unterschiedliche Unterstützung vom Gateway; mit zunehmender Tiefe der Datenanalyse muss auch die Datenverarbeitungslogik am Netzwerkrand angepasst werden.
Zusammenfassung
Im industriellen Internet der Dinge (IIoT) arbeiten Cloud und Edge so eng zusammen wie nie zuvor. Durch eine effiziente Koordination von Cloud und Edge können wir die Edge-Technologie besser nutzen, ein tieferes Verständnis der Vorgänge im Feld gewinnen und den effizienten und stabilen Betrieb der Geräte sicherstellen – für ein besseres Nutzererlebnis. Mit einer effizienteren und fundierteren Datenbank erhalten wir wertvolle Erkenntnisse für Produktverbesserungen und Parameteroptimierungen und steigern so unsere Wettbewerbsfähigkeit im Zeitalter von Industrie 4.0.
Zukünftige Produkte
IG502
Kompaktes industrielles Edge-Gateway für Mobilfunkverbindungen, Protokollkonvertierung und Cloud-Betrieb.
Flexible IO
2×FE, seriell, USB, MicroSD, DI/DO
Konnektivität
Backup mit Mobilfunk/Ethernet/WLAN, Dual-SIM
Edge-KI
Python-Entwickler, integrierter DSA-Dienst
Cloud-Betrieb
DeviceLive-Fernzugriff, Stapelverwaltung
