Data Use for Control & Visualization
13.06.2019

Smarte IoT-Lösungen direkt im Edge-Controller

Beim klassischen IoT-Ansatz werden Daten in die Cloud gespeichert und sind von überall verfügbar, vernetzbar und nutzbar. Gerade für mittelständische Unternehmen ist diese Lösung jedoch häufig zu komplex und zu aufwendig. Sie benötigen vielmehr eine kleine IoT-Lösung, die innerhalb der Produktion eine Vernetzung von Aufgaben und Automation ermöglicht. Über die Details dieser smarten IoT-Lösung, die quasi ohne Internet auskommt, berichten Christopher Schemm, Deputy Director Transportation & Energy bei Infoteam, und Nadine Mensdorf, Produktmanagerin bei Sys Tec Electronic, im ­Interview.

Der Systemaufbau von Sys Tec Electronics „kleiner IoT-Lösung ohne Internet“ mit dem IoT-Edge-Controller „sysWorxx CTR-700“,  der IoT-Steuerung „sysWorxx CTR-100“ und den Funk-Nodes „sysWorxx SRN-300“

Der Systemaufbau von Sys Tec Electronics „kleiner IoT-Lösung ohne Internet“ mit dem IoT-Edge-Controller „sysWorxx CTR-700“, der IoT-Steuerung „sysWorxx CTR-100“ und den Funk-Nodes „sysWorxx SRN-300“

Herr Schemm, eine „smarte Internet-of-Things-Lösung“ ohne  Internet – das müssen Sie erklären!

C. Schemm: Aussagekräftige Informationen aus Geräten und Daten am „Intelligent Edge“ zu gewinnen, ist mehr denn je gefragt. Hierzu setzte man meist auf Hardware, Software und ­Sicherheitslösungen, die IoT sozusagen im Bauch haben. Am intelligenten Edge werden Daten gesammelt und ausgewertet, die dann tiefere Einblicke erlauben und neue Möglichkeiten unter anderem zur unternehmensweiten Effizienzsteigerung eröffnen. Business Cloud Services, die zusätzlich auf KI- und Blockchain setzen, sind für mittelständische Unternehmen häufig zu aufwendig. Eine „schlanke“ Lösung ist gesucht. Sie sollte auf die jeweiligen geschäftlichen Anforderungen innerhalb der Produktion, die eine Vernetzung von Aufgaben und Automation ermöglicht, abgestimmt sein. Man könnte sagen:  die intelligente Kombination aus IT und Automatisierungstechnik hin zu einer Smart-IoT-Architektur mit flexibler Konnektivität und Echtzeitrealisierung.


Christopher Schemm ist Deputy Director Transportation & Energy bei der Infoteam Software AG (Bild: Infoteam)

Christopher Schemm ist Deputy Director Transportation & Energy bei der Infoteam Software AG (Bild: Infoteam)


Können Sie uns ein konkretes Anwendungsbeispiel für „IoT direkt auf dem Controller“ nennen?

N. Mensdorf: Blicken wir allgemein in eine Fertigung, arbeiten hier häufig mehrere Maschinen und Anlagen, deren Betrieb sich untereinander bedingt: Befindet sich die eine Maschine in Zustand A, muss die andere in Zustand B und wiederum eine weitere in Zustand C sein. Für ein optimales Zusammenspiel müssen die Maschinen also untereinander Informationen austauschen.

Konkret können damit im Bereich des Energiemanagements beispielsweise Stromspitzen intelligent verteilt werden, sodass Großverbraucher wie Lötöfen nacheinander hochheizen. Eine Künstliche Intelligenz (KI) direkt auf dem Controller im Feld ist anhand der Sensordaten aller vernetzter Maschinen in der Lage, die beste Entscheidung zu treffen und auszuführen. Durch den Einsatz von KI muss kein Regelwerk mehr in fest programmierte Algorithmen implementiert werden, sondern der Con­troller lernt aus den Daten der Vergangenheit und kann somit Entscheidungen für die Zukunft treffen.
Das bietet sich deshalb so gut an, da beim Edge Computing die Daten in jedem Fall auf dem Controller aufbereitet werden und dadurch unmittelbar genutzt werden können. Zeitkritische ­Daten werden somit direkt auf dem Gerät vorverarbeitet und reduziert. Der Entscheidungsprozess wird dann an eine übergeordnete Instanz, wie ein ERP-System, ein MES oder auch eine lokale Cloud, weitergegeben.


Nadine Mensdorf ist Produktmanagerin bei der Sys Tec Electronic AG (Bild: Sys Tec Electronic)

Nadine Mensdorf ist Produktmanagerin bei der Sys Tec Electronic AG (Bild: Sys Tec Electronic)


Bitte erläutern Sie das Zusammenspiel von Edge Computing und optimierter Datennutzung genauer?

C. Schemm: Edge Computing und optimierte Datennutzung gehen heute Hand in Hand. Daten von Maschinen und Sensoren lassen sich mithilfe von Edge Computing lokal vorverarbeiten und ausschließlich zur Weiterverarbeitung in die Cloud senden. Entscheidungen, basierend auf den vorverarbeiteten Daten auf dem Device, können somit ohne die Berücksichtigung der Latenzzeiten der Cloud getroffen werden. Dies ermöglicht die Verarbeitung der Daten direkt am Entstehungsort, was die Analyse von sensiblen Daten einfacher, schneller und sicherer macht.

Das heißt, Sie nutzen das SPS-Programmiersystem als IoT-Mittler. Warum?

N. Mensdorf: Genau. Es gibt mehrere Gründe dafür, dass wir das Programmiersystem „OpenPCS“ von Infoteam sowohl auf unseren Steuerungen als auch auf unserem IoT-Edge-Controller einsetzen: Zum einen handelt es sich um ein schnelles und einfach zu programmierendes System, das eine IEC-61131-3-konforme Programmierumgebung und ein Smart-PLC-Embedded-Laufzeitsystem enthält. Zum anderen sind bereits eine Vielzahl von Kommunikationsstacks integriert.

Als Systemintegrator haben wir das Laufzeitsystem über viele Jahre verfeinert und nutzen heute für unsere Controller und Lösungen eine breit gefächerte Infrastruktur in Form von Funktionsblock-Libraries. Sei es die Anbindung diverser Feldbusse und Sensorik bis hin zur Anbindung an andere Runtime-Umgebungen, wie Python oder Node-Red.

Sensordaten können wie gewohnt direkt auf dem Gerät vor­verarbeitet und komprimiert werden. Typisch sind hierfür beispielsweise Mittelwertbildung, Glättung und Filterung, aber auch die Erkennung von Grenzwertüberschreitungen. Dies kann über lokale Software, wie das IEC-61131-Laufzeitsystem, grafisch in Node-Red oder auch in klassischen Programmiermodellen, wie C / C++, C# oder Java, erfolgen.

Unsere Interprozess-Schnittstelle zu „OpenPCS“ ermöglicht es, Steuerungsdaten direkt auf dem Controller von IoT-Anwendungen zu nutzen – browsergestützte Visualisierungen via Node-Red, Datenbereitstellung via MQTT oder OPC UA; beispielhaft für in Docker lauffähigen Datenbanken oder als csv-Datei.

IoT-Lösungen bestehen demnach immer aus Kollaborationen zwischen Hard- und Software!?

N. Mensdorf: Absolut. Ich kann mir keine IoT-Lösung ohne diese Kombination vorstellen. Sicherlich wird der Softwareanteil immer größer. Man darf aber auf keinen Fall vergessen, dass es auch immer eine passende Hardware benötigt. Ohne ge­eignete Hardware mit Betriebssystem und leistungsfähiger ­Mid­dleware geht es eben nicht. Dabei wird die Hardware durch entsprechende Software auf dem Gerät immer intelligenter, um den Ansprüchen an eine vernetzte Welt gerecht zu werden.

C. Schemm: Eine intelligente Kombination aus Hard- und Software ist nicht nur notwendig, sondern darüber hinaus auch sinnvoll. Ich gehe sogar noch ein Stück weiter, denn grundsätzlich müssen die OT-und die IT-Welt enger zusammenwachsen. Edge Computing kann somit nicht nur beim Sammeln, Aufbereiten, Vorverarbeiten und Visualisieren unterstützen, sondern auch Empfehlungen aussprechen.

Bitte geben Sie abschließend noch eine kurze Einschätzung, welchen Stellenwert das Thema Edge Computing in den nächsten drei Jahren einnehmen wird.

C. Schemm: Alleine die immer weiter steigende Anzahl von vernetzten Geräten im IoT treibt das Thema Edge Computing voran. Die Datenverarbeitung findet nur noch am Rande des Netzwerks zwischen den lokalen Endgeräten statt, als Mittler zwischen cyber-physischen Systemen und dem Datencenter. Das Resultat ist eine schnelle und zielgerichtete Kommunika­tion. Durch Edge Controller und Edge Computing werden Smart Cities und das autonome Fahren erst ermöglicht. Die Cloud und bzw. das IoT werden für diese Anwendungen allein nicht ausreichen.

Wir gehen deshalb davon aus, dass Edge Computing in Zukunft einen immer größeren Stellenwert einnehmen wird. Dies könnte aufgrund der Tatsache, dass das Thema KI von der Cloud in das Edge Computing übergeht, in einem Ausmaß ­geschehen, wie wir es uns aktuell noch gar nicht vorstellen können.

www.infoteam.de
www.systec-electronic.com

Autorin:
Angela Ringlein, Marketing Communications Manager bei der Infoteam Software AG in Bubenreuth.


Hintergrundinformationen zu Infoteam und Sys Tec Electronic

Die Infoteam Software AG wurde 1983 gegründet und beschäftigt heute mehr als 200 Mitarbeiter am Stammsitz in Bubenreuth bei Erlangen sowie an weiteren Standorten in Deutschland, der Schweiz und China. Das Unternehmen ist Anbieter von normativ regulierten Softwarelösungen. Unter Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens werden zudem Predictive-Analytics-Anwendungen, wie Predictive Maintenance oder OEE-Module für industrielle Produktionsstätten, bis hin zu Künstlicher Intelligenz entwickelt. Mit der Markteinführung seines „OpenPCS“-Programmiersystems im Jahr 1985 wurde der Grundstein für eines der ersten plattformunabhängigen Soft-SPS-Systeme gelegt. Infoteam realisiert und betreut international Softwarelösungen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Ein wesent­licher Unternehmensanspruch ist es, seinen Kunden ganzheitliche Lösungen anzubieten.

Daher wird ein Netzwerk aus spezialisierten Partnern und strategischen Kooperationen gepflegt, zu dem auch die Sys Tec Electronic AG zählt. Sys Tec Electronic ist ein Elektronikdienstleister und Systemintegrator für individuelle Industrie­lösungen sowie Hersteller von eigenen und kundenspezi­fischen elektronischen Geräten. Die Inhouse-Entwicklung und Fertigung ermöglichen auf den Kunden zugeschnittene Hard- und Softwarekomponenten von der Konzeption über Design und Prototypenbau bis zur Serienfertigung. Im Jahre 1990 gegründet, erfüllt die Sys Tec Electronic die individuellen Wünsche ihrer Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen – von der industriellen Kommunikation über die Automatisierung bis hin zu Embedded-Systemen. Der CANopen-Stack von Sys Tec Electronic arbeitet mit „Open­PCS“ von Infoteam.

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

» Weiterlesen ...

Normen

DIN-VDE-Normen einfach online nutzen

Normen aus dem VDE VERLAG

» Mehr Informationen ...

Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 20.08.2019