„Cloud + “edge” koordiniert, erfolgreich im Zeitalter des industriellen Internet der Dinge

In der Hightech-Industrie gibt es eine wachsende Anzahl von Geräten, die an verschiedenen Industriestandorten verteilt sind. Aufgrund des lang andauernden Betriebs ist es unvermeidlich, dass einige von ihnen gelegentlich ausfallen. Um Probleme frühzeitig zu erkennen und vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, ist es notwendig, ihren Betriebsstatus zu überwachen. Traditionell werden Wartungstechniker häufig zur Kontrolle vor Ort entsandt. Dies kann jedoch erhebliche Kosten verursachen, und oftmals können einige Probleme nicht rechtzeitig erkannt werden.

Die Entwicklung des industriellen Internet der Dinge (IIoT) hat es ermöglicht, dass diese Geräte vor Ort mit dem internet verbunden werden, sodass ihr Betriebsstatus kontinuierlich von einem zentralen Standort aus überwacht werden kann. Was auch immer passiert, kann in Echtzeit aus der Cloud eingesehen werden, und sobald ein Fehler auftritt, können Ingenieure das Problem einfach lokalisieren und sofort Maßnahmen ergreifen.

Da immer mehr Geräte mit dem internet verbunden sind und immer größere Datenmengen erzeugen, suchen Hersteller und Anwender nicht nur nach effizienterer Wartung, sondern auch nach mehr Erkenntnissen aus den Daten, um das Wachstum zu fördern. Dies bedeutet eine tiefere Analyse der Daten, bessere Verarbeitung und Analyse. All diese Anforderungen stellen größere technische Herausforderungen für ein koordiniertes „Cloud + “edge““-IIoT-Ökosystem dar.

1. Daten von verschiedenen Geräten erfassen

Geräte, die an Industriestandorten eingesetzt werden, erfassen fortlaufend Daten aus verschiedenen Bereichen des Standorts und überwachen sowohl die Maschinen als auch die Umgebung. Da diese Geräte mit unterschiedlichen Schnittstellen ausgestattet sind (serielle Schnittstellen, Ethernet-Ports, Bluetooth, Wi-Fi usw.), ist es nicht einfach, Daten von allen zu erfassen. Verschiedene Gerätetypen vor Ort erzeugen enorme Datenmengen, was eine große Herausforderung für Gateways darstellt, die diese Daten erfassen und verarbeiten sollen.

Verschiedene Geräte kommunizieren mit unterschiedlichen Protokollen. Selbst innerhalb derselben Kategorie kann es zahlreiche Optionen geben. Gleichzeitig kommunizieren einige Hersteller über ihre eigenen Protokolle. Dies führt zu Kompatibilitätsproblemen für die Anwender, da die meisten herkömmlichen Gateways, die Datenübertragung unterstützen, nur einige dieser Protokolle unterstützen. Das bedeutet, dass für einen einzigen Standort mehrere Arten von Gateways benötigt werden, was hohe Ausgaben für die Ausrüstung und hohe Kosten beim Markenwechsel mit sich bringt.

Da die Geräte vor Ort immer vielfältiger werden und das oben erwähnte Problem akut wird, ist es notwendig, dass mehrere Industrieprotokolle integriert und private Protokolle ebenfalls kompatibel sind, damit Daten aus verschiedenen Quellen von einem einzigen, „All-in-One“ industrielles Internet der Dinge-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 immer größere Belastung für die Cloud. Stellen Sie sich vor, alle Daten müssten bit für bit an die Cloud gesendet werden, warten, bis die Cloud sie alle empfangen hat, und mit einem Befehl (oder manchmal gar keinem Befehl) antworten, bevor weitere Maßnahmen ergriffen werden. Dies bedeutet eine große Latenz bei der Datenübertragung. Auch wenn 5G das Geschwindigkeitsproblem lösen kann, ist die Cloud mit riesigen Datenmengen überlastet.

Daher das Konzept des “edge”-Computing. Mit vorkonfigurierten Bedingungen oder programmierten Tools können Daten, die von verschiedenen Geräten erfasst werden, in der Nähe des Ortes, an dem sie generiert werden (dem “edge”), gefiltert werden. Einige von ihnen können lokal verarbeitet werden. Wenn beispielsweise ein bestimmter Schwellenwert erreicht ist, kann das Gateway sofort reagieren, indem es beispielsweise Warnungen an die Wartungsmitarbeiter sendet oder die parameter von speicherprogrammierbaren Steuerungen ändert. Es kann auch andere nachgelagerte Geräte über E/A steuern, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, so dass Steuerungen, die verschiedene Protokolle verwenden, Daten austauschen können.

Anschließend werden die übrigen „bereinigten“ Daten an die Cloud gesendet. Dies spart nicht nur Datenübertragung und Bandbreite, sondern entlastet vor allem die Cloud von übermäßiger Belastung.

3. Daten in die Cloud hochladen

Die Welt von heute ist zunehmend datengetrieben. Als Kernstück des industriellen Internet der Dinge-Ökosystems spielt die Cloud eine wichtige Rolle bei der zentralen Verwaltung, Analyse und Entscheidungsfindung.

Genauso wie sich die Geräte zur Datenerfassung in den Kommunikationsprotokollen unterscheiden, variieren auch die Verbindungs- und Interaktionsmethoden der verschiedenen Clouds. Die Interaktionslogik zwischen Clouds und angeforderten Funktionen vom „edge“ ist ebenfalls unterschiedlich. Daher bedeutet das Senden von Daten an die Cloud viel Arbeit bei der Integration des Gateways und der Cloud.

Ein Cloud-Gateway ermöglicht Systemintegratoren eine einfache Verbindung mit der Cloud, und die meisten Benutzer benötigen eine individuelle Interaktion mit der Cloud, um ihre Daten hochzuladen. Glücklicherweise unterstützt das heutige Cloud-Gateway in der Regel die wichtigsten Internet der Dinge-Clouds. Es sind nur wenige Schritte erforderlich, um die Cloud so zu konfigurieren, dass Daten problemlos von der Quelle in die Cloud übertragen werden können.

Während Systemintegratoren alles über die Cloud überwachen, um sicherzustellen, dass ihre Systeme ordnungsgemäß funktionieren, müssen Hersteller ihre Fabriken über SCADA verwalten. Das Gateway ermöglicht es lokalen SCADA-Systemen, Daten über industrielle Protokolle und die Cloud über Message Queuing Telemetry Transport zu erfassen.

4. Digitale Projekte umsetzen

Die vollständige Digitalisierung braucht Zeit. Die Einführung eines neuen Projekts erfordert in der Regel eine Menge Arbeit, um die Geräte vorzubereiten, zu integrieren und Ihre Anwendungen zu programmieren. In einer schnelllebigen Welt ist Zeit alles.

Eine „Cloud + edge“-Lösung sollte einfach für die Bereitstellung und Konfiguration sein, damit neue Projekte so schnell wie möglich umgesetzt werden können. Da immer mehr Management-Tools auf den Markt kommen, ist es fast selbstverständlich, dass diese Gateways von einer Cloud-Plattform aus verwaltet werden können. Die Web-Konfiguration wird unterstützt, und die Konfiguration kann importiert und exportiert werden. Die Bereitstellung und das Batch-Management können einfach auf der Plattform durchgeführt werden.

Um den sich ständig ändernden Geschäftsanforderungen gerecht zu werden und flexibel auf neue Anforderungen im Verlauf von Projekten reagieren zu können, ist eine Anpassung erforderlich. Beispielsweise benötigt die Cloud-Plattform in ihrer Wiederholung eine andere Unterstützung vom Gateway; wenn die Analyse vertieft wird, muss die Logik der Datenverarbeitung am „edge“ angepasst werden.

Zusammenfassung

Die Cloud und das „edge“ arbeiten im industriellen Internet der Dinge in einer noch nie dagewesenen Nähe zusammen. Durch eine effiziente „Cloud + edge“-Koordination können wir das „edge“ besser nutzen, ein besseres Verständnis für die Vorgänge vor Ort gewinnen, sicherstellen, dass Geräte effizient und stabil arbeiten, und so eine bessere Anwendererfahrung bieten. Mit einer effizienteren und solideren Datenbank können wir bessere Erkenntnisse für die Produktverbesserung und parameter-Optimierung gewinnen und so die Wettbewerbsfähigkeit in der Ära von Industrie 4.0 steigern.