Edge Devices verteilen Rechenleistung nahe an den Produktionsmaschinen, müssen aber oft auch eine Datenverbindung in Cloud-Systeme unterstützen. „Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist ein System gefragt, das zwei natürlicherweise nicht unbedingt zusammenhängende Bereiche abdeckt,“ sagt Ralf Glaser, Entwicklungsleiter bei IoTmaxx. Einerseits bedarf es einer zuverlässigen Datenverbindung, etwa über das 4G-LTE-Mobilfunknetz, andererseits müssen Daten an der Maschine erfasst und ausgewertet werden. „Das erfordert zum einen eine besondere Expertise sowie die notwendige Ausstattung im Bereich Netzwerktechnik und Mobilfunk, zum anderen ein tiefes Verständnis der Maschine und des Produktionsablaufes, um eine sichere und effiziente Produktion zu gewährleisten.“
Verarbeitung vor Ort oder in der Cloud?
Der Ansatz alle verfügbaren Maschinendaten mit einem Router oder Terminal direkt in die Cloud zu übertragen und diese anschließend zentral zu verarbeiten, ist nicht immer ohne Einschränkungen möglich. „Denn dafür ist zum einen eine erhebliche, oft nicht verfügbare bzw. teure Bandbreite für die Datenverbindung erforderlich. Zum anderen ist mit einer Cloud keine direkte Reaktion auf Ereignisse möglich“, schildert Glaser. „Kommt es zu einer Unterbrechung der Internetverbindung, ist ein solches System gar nicht mehr einsatzfähig – daher ist in vielen Anwendungsfällen Edge-Computing von Vorteil, womit eine Verarbeitung der erfassten Daten direkt an der Maschine erfolgen kann.“ Edge-Computer brauchen in diesem Segment also eine freie Mobilfunkkommunikation und sollten bedarfsgerecht dimensioniert sein.
Beide Optionen in einem Gerät
Mit seinen frei programmierbaren Linux-Gateways will IoTmaxx beide Funktionalitäten in einem Gerät bereitstellen. Sie stellen Konnektivität her und bieten Anwendern darüber hinaus die Möglichkeit, eigene Applikationen nativ oder in der integrierten Docker-Umgebung umzusetzen. „Das erlaubt es zum Beispiel, dem Fachpersonal aus der Produktionstechnik, die eigene Spezialsoftware auf unseren Gateways auszuführen, ohne sich noch zusätzlich um die benötigte Netzwerktechnik kümmern zu müssen“, schildert Glaser. Die Gateways sind mit mehreren Schnittstellen ausgestattet und ermöglichen etwa Condition Monitoring und Predictive Maintenance. „Unsere Gateways decken ein breites Anwendungsspektrum ab, von der einfachen Temperaturüberwachung bis hin zu komplexen KI-basierten Analysen als Basis für Machine Learning oder die M2M-Kommunikation,“ so Glaser weiter.
Platz sparen auf der Hutschiene
Die wartungsfreien Gateways werden in Deutschland entwickelt und hergestellt. Sie sind robust sowie platzsparend ausgelegt und ermöglichen die Anbindung unterschiedlicher Systeme. Das Mobilfunk-Gateway Maxx GW4101 belegt etwa fünf Zentimeter auf der Hutschiene und verfügt über die folgenden Schnittstellen:
- 4 x 4-20mA
- 1-wire Schnittstelle
- 4 x RTD (Pt100/PT1000)
- 16 digitale Eingänge
- 6 digitale Ausgänge
So lassen sich Sensordaten wie etwa Temperaturen, Feuchtigkeit, Vibrationen oder Schaltzustände von der jeweiligen Anlage abfragen und weiterverarbeiten.
Zwei Netzwerke für Redundanz
Die Schnittstellen- sowie Protokollvielfalt der Geräte bieten Optionen für drahtgebundene als auch drahtlose Industrie-4.0-Anwendungen. Durch die Always-Online-Funktion führen die Mobilfunk-Gateways auch im Falle einer Unterbrechung immer wieder einen selbstständigen Verbindungsaufbau aus. Sie können mit zwei SIM-Karten ausgestattet werden, um für Redundanz im Fall eines Ausfalles zu sorgen.
Abgesicherte Übertragung
Verschiedene VPN-Technologien, eine integrierte Firewall und ein optionaler Security-Chip sorgen für eine möglichst sichere Datenübertragung sowie Manipulationsschutz. Neben IPsec und OpenVPN besteht auch die Möglichkeit, WireGuard als VPN-Protokoll zu nutzen. Diese schnelle und sichere Tunneltechnologie wird direkt vom Linux-Kernel unterstützt und ist besonders performant. Individuelle Gateway-Applikationen können entweder durch den OEM-Kunden selbst oder als Serviceleistung vom Hardwarehersteller entwickelt werden.
