Software Ohne Cloud geht es nicht

Autor / Redakteur: Klaus-Dieter Walter* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

In den Architekturen vernetzter Lösungen spielt die Cloud eine entscheidende Rolle. Ob man eine bereits existierende Internet of Things (IoT)-Anwendung in der Consumer-Elektronik oder die Ideen und Konzepte zukünftiger Industrie 4.0-Lösungen betrachtet, in jedem Fall wird eine Cloud-basierte übergeordnete virtuelle Instanz benötigt. Lösungsbausteine stehen schon parat.

Firmen zum Thema

Der IoT-Stack Thinglyfied erlaubt es, diverse Sensoren mit Cloud- und IoT-Plattformen zu verbinden. Die enthaltenen Funktionen bestehen aus Sensor-to-Cloud- und Sensor-to-App-Funktionsbausteinen.
Der IoT-Stack Thinglyfied erlaubt es, diverse Sensoren mit Cloud- und IoT-Plattformen zu verbinden. Die enthaltenen Funktionen bestehen aus Sensor-to-Cloud- und Sensor-to-App-Funktionsbausteinen.
(Bild: SSV Software Systems)

Anwendungsarchitekturen wandeln sich von Zeit zu Zeit. Im industriellen Umfeld verschwindet gegenwärtig die klassische Automatisierungspyramide mit den Feld-, Steuerungs-, Prozess-, Betriebs- und Unternehmensleitebenen. Als ein möglicher Nachfolger soll sich das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0, kurz RAMI 4.0, etablieren und eine durchgängige Kommunikation ermöglichen. Die verbindenden Komponenten für vertikale und horizontale Kommunikationspfade bilden dann Cloud-Instanzen. In einer IoT-Applikation beherbergen diese Instanzen virtuelle Repräsentanzen, im Industrie 4.0-Umfeld die sogenannten Verwaltungsschalen. In beiden Fällen handelt es sich um virtuelle Datenabbilder physischer Objekte.

Über die Cloud existieren in einer solchen Architektur geräteunabhängige Serviceschnittstellen, um unterschiedlichen Anwendungen den Zugriff auf die Daten einzelner Objekte zu ermöglichen. Der IoT-Technologie-Stack Thinglyfied von SSV Software Systems ermöglicht virtuelle Repräsentanzen in einer Private Cloud und bietet Bausteine für die selektive Datenweitergabe an verschiedene Public Clouds im Internet. Um die vielfältigen Möglichkeiten dieses IoT-Technologie-Stacks aufzuzeigen, folgen zwei Beispiele aus der Automatisierungswelt.

Bildergalerie

Device-to-Cloud: vorrausschauende Wartung

Eine vernetzungsfähige Automatisierungsbaugruppe, zum Beispiel eine SPS, soll mit einer Cloud verbunden werden, um eine vorrausschauende Wartung (Predictive Maintenance) für eine komplexe Antriebsbaugruppe oder eine komplette Maschine zu ermöglichen.

Trendvorhersagen durch Auswertungen größerer Datenmengen werden im IT-Umfeld schon seit Jahren unter dem Sammelbegriff Predictive Analytics praktiziert. Aus diesem Grund gibt es in verschiedenen Cloud-Serviceplattformen hochentwickelte und praxiserprobte Dienste, die sich auch zur Vorhersage der Ausfallwahrscheinlichkeit einzelner Maschinenkomponenten und somit zum Festlegen geeigneter Wartungstermine eignen.

Um solche Services zu nutzen, müssen vor Ort geeignete Daten erfasst und in die Cloud transportiert werden. Dabei sind nicht nur funktionale Aspekte, sondern auch der Datenschutz und die IT-Security zu beachten. Da die SPS in diesem Beispiel lediglich eine einfache Industrial-Ethernet-Schnittstelle besitzt, ist ein physisches oder virtuelles Gateway als Bindeglied zur Cloud erforderlich. Des Weiteren reichen die in der SPS vorhandenen Daten häufig für ein effektives Predictive Maintenance nicht aus. Es sind daher zusätzliche Sensoren im Umfeld der Steuerung erforderlich, die ausschließlich als Datenquelle für die IT-gestützte vorrausschauende Wartung dienen.

Thinglyfied bietet mit dem Things Connector (TC) einen hochflexiblen Baustein, um beispielsweise per ISO-on-TCP oder Profinet die erforderlichen Daten aus der SPS auszulesen und zusammen mit weiteren Messdaten aus externen Sensoren in einem virtuellen Behältnis (Docker Container als Private Cloud) zusammenzufassen und in einer virtuellen Repräsentanz als Objekt- und Datenschnittstelle zu speichern. Von dort aus werden selektive Dateneinheiten zur Auswertung an den Predictive-Service einer Cloud weitergegeben. Das Vorhersageergebnis stellt ein solcher Cloud-Service in der Regel per Dashboard zur Verfügung. Bei Bedarf kann aus dem Dashboard heraus auch eine Alarmierung der Serviceverantwortlichen erfolgen.

Ein Thinglyfied Cloud Connector (CC) kann Prognosen in der Cloud auslesen und auf Wunsch an ERP- und MES-Anwendungen weitergeben. Zusätzlich kann eine beliebige Monitoringanwendung direkt auf die virtuelle Repräsentanz zugreifen, um einen Echtzeit-basierten Alarmierungs- und Benachrichtigungsservice für alle Baugruppen im Industrial-Ethernet zu schaffen.

Device-to-App: wertvolle Zusatzinformationen

In unzähligen Automatisierungsbaugruppen stecken inzwischen sehr wertvolle Zustandsdaten, auf die innerhalb der normalen Betriebsumgebung nicht zugegriffen werden kann. So haben zum Beispiel pneumatische Subsysteme vielfach eine interne Intelligenz, die Condition Monitoring-Daten erzeugt und speichert. Aus diesen Daten lässt sich beispielsweise bestimmen, wie oft ein Ventil oder eine Hydraulikeinheit benutzt wurde und wann sie gewartet bzw. ausgetauscht werden sollte. Da sehr häufig als einzige Schnittstelle eine Verbindung zur übergeordneten Steuerung existiert, von der lediglich Aktorbefehle empfangen werden, bleiben solche wichtigen Daten ungenutzt, weil im normalen Betrieb keine Zugriffsmöglichkeit besteht.

In umgekehrter Richtung sieht es ähnlich aus. Intelligente Sensor- und Aktorbaugruppen bieten vielfältige Konfigurationseinstellungen und Diagnosemöglichkeiten. Für die Steuerung stehen in der Regel eine Programmierschnittstelle und die entsprechende Engineering-Softwarewerkzeuge zur Verfügung. Für periphere Funktionseinheiten hingegen nicht. Der Zugriff auf die Daten ist nur einem Servicetechniker mit entsprechender Spezialausrüstung möglich.

Mit Hilfe der Bluetooth Low Energy (BLE)-Bausteine aus dem IoT-Technologie-Stack lässt sich mit relativ geringem Aufwand eine Nahbereichsfunk-Schnittstelle nachträglich hinzufügen, zum Beispiel durch ein „CAN-2-BLE-Mikro-Gateway“. Eine solche Schnittstelle ermöglicht einer speziellen Smartphone-App das direkte Auslesen selektiver Zustandsdaten und – falls erforderlich – auch schreibende Zugriffe auf bestimmte Konfigurationsdaten. Die App besitzt neben dem BLE-Link eine IP-basierte Verbindung zu einem Docker Container oder sogar direkt in die Cloud. Dadurch lässt sich der jeweilige Ist-Zustand von Zeit zu Zeit per entsprechendem Service im Internet speichern und auswerten. Für den Hersteller des Ventils oder der Hydraulikeinheit entstehen dadurch wertvolle Zusatzinformationen zur Produktnutzung, die als Basis für serviceorientierte Angebote und Produktweiterentwicklung dienen können.

NFC: RFID-ähnliche Funktechnik

Neben BLE ist in der Thinglyfied-Roadmap auch NFC (Near Field Communication) vorgesehen. Diese RFID-ähnliche Funktechnik ist integraler Bestandteil aller neueren Smartphones und Tablets mit dem Android-Betriebssystem. Wird eine Komponente mit einem NFC-Interface (zum Bespiel als intelligentes Typenschild) ausgerüstet, kann ein Techniker sein Smartphone einfach auf das Typenschild halten, um über eine App die aktuellen Zustandsdaten auszulesen und beispielsweise über ein geplantes „CAN-2-NFC-Mikro-Gateway“ Parameter ändern.

Dieser Beitrag erschien ursprünglich bei elektrotechnik.

* Klaus-Dieter Walter, Geschäftsführer, SSV Software Systems

(ID:44249277)