Im Industrial Internet of Things (IIoT) sind alle Komponenten einer Produktions­umge­bung über eine digitale Infrastruktur miteinander verbunden und werden so selbst zu Akteuren. Fünf Kernfunktionen sind die Grundlage für digitale, datenbasierte IoT-Lösungen: Datenerfassung, -verarbeitung, -kommunikation und -analyse sowie die Bedienerinteraktion. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten zur Mehr­wertgenerierung wie die Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) oder die Generierung automatisierter Berichte des Energieverbrauchs zur effektiven Steuerung der Anlagen.

Oft werden heute in Unternehmen Daten zwar in einem ersten Schritt erfasst und gespeichert, aber oft noch nicht zielführend weiterverwendet.  

Für die Digitalisierung und die intelligente Vernetzung vom Sensor bis in die Cloud offeriert Weidmüller ein umfangreiches Produktportfolio. Neu in die­sem Portfolio ist das IoT-Terminal, eine offene, sichere und schnell integrierbare Lösung für das Industrial IoT. Die Lösung erfasst Daten, überträgt Daten an Cloud Services und ermöglicht zudem aktive datengesteuerte Interaktionen. Die Lösung eignet sich besonders zur Fehlererfassung und Übertragung konfigurierter Fehlermeldungen an einen Cloud Service.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten in industriellen Anwendungen

Die Lösung von Weidmüller verfügt über mehrere digitale und analoge Ein- und Ausgangsports. Die Eingangsports ermöglichen Überwachungslösungen von vier digitalen Signalen gleichzeitig. Parallel können zusätzlich zwei Spannungs- oder Strommessungen und bis zu vier Temperaturmessungen durchgeführt werden. Dabei sind zwei Ports galvanisch getrennt, die Wechselspannungsanwendungen ermöglichen. Bei der Inbetriebnahme meldet sich das IoT-terminal automatisch in der Cloud und ist für die Übertragung von Daten bereit. Die Inbetriebnahme und Konfiguration des IoT-terminals erfolgt über die BLE-Schnittstelle (Bluetooth Low Energy) via App. Nach der erfolgreichen Anmeldung in der Cloud kann das IoT-terminal ebenfalls über die Cloud konfiguriert werden. Eine Konfiguration kann beispielsweise das Bestimmen von Grenzwerten mit der entsprechenden Reaktion darauf sein. Wird der definierte Grenzwert überschritten, erfolgt die direkte Benachrichtigung des Anwenders. Durch diese aktiven datengetriebenen Interaktionen bieten sich eine Vielzahl von industriellen Anwendungen, zum Beispiel in Solarparks zur Stromüberwachung, in Wasserkraftwerken oder auch zur Überwachung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Gleichzeitig ist auch eine regelmäßige zeitgetaktete Übertragung der Daten in die Cloud möglich. Alle Übertragungen werden in der Cloud mitgeloggt und stehen später als Historie zur Verfügung. Mit der Nutzung des Web-Transfer-Protokolls MQTT / COPA stehen dem Anwender die Daten als standardisierte Protokolle zur Verfügung, die er einfach in seine bestehenden Engineering-Systeme integrieren kann. Das MQTT Protokoll verwaltet und administriert dabei jeglichen Datenverkehr über den so genannten MQTT Broker – Nachrichten werden direkt empfangen und verteilt. Aber nicht nur die standardisierte Bereitstellung der Daten in der Cloud sind für die IoT-Anwendungen sinnvoll. Auch die einfache und kostengünstige Datenüberwachung über Cloud-Dienste ist ein ausschlaggebender Faktor für die einfache Nutzung in Industrial-IoT-Anwendungen.

Kommunikation über Narrow-Band IOT und LTE-M

Zur Übertragung der Daten in die Cloud setzt Weidmüller unter anderem auf die Kommunikation über Narrow-Band IoT und LTE-M cat.1. Dabei handelt es sich um Mobilfunkstandards, die für kostengünstige, stromsparende und niedrigpreisige IoT-Dienste gedacht sind. Die speziellen Schmalbandmodulationen von Narrow-Band IoT und LTE-M erhöht die Funksignaldurchdringung für große Entfernungen im Bereich von bis zu zehn km in ländlichen Gebieten und überwindet die Dämpfung, die durch Mauern, Maschinen und Umgebungshindernisse verursacht wird. Daneben verfügt die Lösung auch über Bluetooth Low Energy und ModBus. Die Lösung ist von mehreren globalen und regionalen Mobilfunkanbietern zugelassen und damit global verfügbar. Vor allem zur Übertragung von Statusdaten in regelmäßigen Abständen eignet sich dieser Übertragungsstandard bei dezentralen Anwendungen sehr gut, da wenig Energie verbraucht wird.

Schnelle und einfache Einrichtung und Inbetriebnahme

Besonderen Wert legten die Entwickler bei dem Design der Lösung auf eine schnelle und einfache Inbetriebnahme. Eine intuitive Smartphone-App unterstützt den Anwender durch den gesamten Einrichtungs- und Wartungsprozess. Nach dem Start der App erfolgt das Einloggen mit Benutzernamen und Passwort. Anschließend lässt sich bereits das IoT-terminal aus der Liste von gescannten BLE-Geräten auswählen. Nachdem das IoT-terminal als „Gerät“ angemeldet ist, sind Daten der Ein- und Ausgangsports bereits abrufbar.

Einfaches Retrofitting

Eine mögliche Anwendung des IoT-terminals ist das kostengünstige Nachrüsten bestehender Maschinen und Industrieanlagen zur Energieerfassung. In diesem Fall kann die Basis ein kostengünstiger Energiezähler mit nur einer Modbus-RTU-Schnittstelle sein. Das IoT-terminal fungiert dabei als Modbus-RTU-Master und bietet eine sehr kostengünstige Lösung für die Erweiterung um die IoT-Funktion. Alle Komponenten werden in einem separaten Gehäuse, der sogenannten Energy-PnP-Box, untergebracht und stehen damit für ein einfaches Retrofitting bereit. Weitere externe Sensoren wie Durchflussschalter oder Temperaturmessung können zusätzlich über Digital / Analogeingänge angeschlossen werden. Alle Werte stehen direkt in der Cloud zur Verfügung.  In Summe ist diese Lösung dafür entwickelt, kostengünstige und einfache IIoT-Lösungen aufzubauen, mit denen Produktionsanlagen oder Infrastruktureinrichtungen digitalisiert werden, für die das bisher noch nicht wirtschaftlich gewesen ist.

Vertikale Integration des IIoT vorantreiben

Sowohl der Einblick in als auch die Information aus Maschinensteuerungen und Produktionsprozessen sind ein wesentlicher Punkt bei der Digitalisierung. Einen wichtigen Beitrag hierzu leistet die vertikale Integration, bei der Informationen aus Produktionsanlagen gesammelt und zur Auswertung weitergeleitet werden. Lösungen von Weidmüller helfen dabei, bedarfsgerechte Lösungen für IoT-Anwendungen zu entwickeln und diese erfolgreich in vorhandene Strukturen zu integrieren, zum Beispiel für eine ortsunabhängige Maschineninbetriebnahme, die Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) oder die Generierung automatisierter Berichte des Energieverbrauchs. Hier bietet Weidmüller mit Industrial Analytics und cloudbasierten Services wie dem Energie- und Ressourcenmanagement ResMa bereits Lösungen an, mit denen Kunden die Vorteile nutzen können.