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Expertenbeitrag

 Thomas Schildknecht

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Vorstand, Schildknecht AG

Hallo Cloud-Portal, …….! Wie Maschinen per Mobilfunk global kommunizieren

Autor / Redakteur: Thomas Schildknecht / Redaktion IoT

Oft treffen Kunden Technologieentscheidungen, die für die jeweiligen Aufgabenstellungen ungeeignet sind. Um IoT-Produkte zu entwickeln braucht man einen Netzwerkzugang. Dafür wird oft Ethernet, WLAN, Bluetooth, 6Wlopan oder Lora vorgesehen. Die reine Technologiebetrachtung geht aus langjähriger Erfahrung oft in die falsche Richtung und nicht weit genug.

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„Hallo Cloud-Portal“ als Paradigma für leistungsfähige IoT-Lösungen.
„Hallo Cloud-Portal“ als Paradigma für leistungsfähige IoT-Lösungen.
(Pixabay, CCO)

Folgende Fragen sollte man sich vor der Auswahl der Technologie stellen: Sind die IoT Produkte später an einem festen Ort verbaut? Steht eine Internetnetzwerk-Infrastruktur zur Verfügung und darf diese Infrastruktur verwendet werden? Ist der Einsatz weit entfernt vom Nutzer und in welchem Land? Das wichtigste sind das Anwenderszenario und die Infrastruktur am Einsatzort.

Automatisches Maschinen-Monitoring ist angesagt

In vielen Anlagen der Prozesstechnik oder der Wasser- bzw. Energiewirtschaft bilden große Maschinen wie Pumpen, Generatoren, Turbinen oder Kompressoren wertvolle Assets, deren ständige Verfügbarkeit von hoher funktioneller und wirtschaftlicher Bedeutung ist. Konsequenterweise sind bzw. werden derartige Maschinen von den Herstellern zunehmend mit Sensorik ausgerüstet, welche einen normalen Abnützungsgrad ebenso erfassen und anzeigen kann wie ein unregelmäßiges Betriebsverhalten oder unzulässige Betriebsbedingungen. Die auf diese Weise generierten und für die Maschine oft „lebenswichtigen“ Diagnosedaten stehen dann primär an einer Schnittstelle direkt vor Ort zur Verfügung; vor Ort bedeutet jedoch in vielen Fällen in entlegenen, schwer zugänglichen Regionen mit keiner oder nur gering ausgebauter Infrastruktur, meist ohne Fachpersonal zur Maschinenwartung und vielleicht sogar ohne Internetzugang. Dieser fehlt ggf. generell oder ist aus Sicherheitsgründen seitens der IT-Abteilung des Betreibers für Nutzung zur Übertragung von Maschinendaten gesperrt. Es besteht also das Problem, die von der Sensorik bereitgestellten Diagnosedaten (oft sind das ja dringende „Hilferufe“ der Maschine) den Wartungsspezialisten oder direkt dem Maschinenhersteller zugänglich zu machen, wo auch immer in der Welt sich diese befinden.

Bluetooth ist gut geeignet im Nahbereich

Zur Lösung des aufgezeigten Problems vertrauen viele Anwender im ersten Projektgespräch auf den Einsatz von Bluetooth mit dem Hinweis, dass diese Technologie heute in mobilen Geräten zum Standard gehört und dass die Daten der Maschinen-Sensorik daher leicht auf diese Geräte ausgelesen werden können. Diese Anwender betrachten Bluetooth mit Recht als leistungsfähige und in ständiger Weiterentwicklung befindliche Funktechnologie, welche durch Eigenschaften wie das Frequenz-Hopping eine besonders sichere Übertragung bietet. Was dabei jedoch häufig übersehen wird: die Reichweite dieser Funktechnologie ist auf einen Nahbereich begrenzt: Etwa 10 m bei der Strom- und kostensparenden Bluetooth Low Energy-Variante und wahrscheinlich etwa 40 m bei der neuesten Bluetooth 5-Generation! Das reicht für eine Übertragung der Daten auf mobile Geräte in der Hand von Personen direkt vor Ort; aber wie gelangen die Daten dann unverzüglich zu den weit entfernten Wartungsspezialisten und - noch wichtiger – was passiert, wenn Personen nicht oder nur zeitweise vor Ort sind? Dafür wird dann häufig ein Ethernet-VPN-Tunnel ins Gespräch gebracht, der – wenn überhaupt realisierbar und zulässig – wegen der Notwendigkeit eines ständigen Verbindungs-Neuaufbaus  für ein Maschinen-Monitoring mit hoher Daten-Frequenz kaum geeignet ist; und eine VPN-Standleitung scheidet aus Kosten- und Sicherheitsgründen fast immer aus.

Die Lösung: Maschinen-eigenes „Mobiltelefon-Gateway“ mit globaler Konnektivität

Die Lösung des Problems liegt in der Nutzung des weltweit dichtesten Kommunikationsnetzes mit mehreren Milliarden Teilnehmern! Das ist das Mobilfunk-Netz mit seinen vielen Hundert Providern in aller Welt, welche auch sehr abgelegene und vom Internet nicht erschlossene Regionen abdecken. Diese global verfügbare Konnektivität bietet die Lösung für das hier behandelte Maschinen-Monitoring! Und die entsprechende technische Umsetzung erfolgt durch ein IoT Edge Gateway mit optionaler Bluetooth-Schnittstelle, um auch Sensoren einbinden zu können. Dieses verfügt über eine bei weltweit 400 Providern gültige Universal-eSIM-Karte, welche automatisch die Nutzung des jeweils stärksten Funknetzes veranlasst (Unsteered Roaming). Das IoT Edge Gateway wird damit zu einem global funktionsfähigen Mobiltelefon, dessen Verbindung mit der Sensorik der Maschine diese in die Lage versetzt, ihre jeweils aktuellen Diagnosedaten nach einer Datenvorverarbeitung „mobil-telefonisch“ an ein zugeordnetes Cloudportal zu übertragen. Dort stehen die Daten dann zum Abgriff durch geeignetes Fachpersonal zur Verfügung.B32A5956

Bildquelle: Schildknecht AG

Die Zahl der auf dem Pfad vom Gateway zur Cloud ggf. beteiligten Netze und die Häufigkeit der Übertragungsvorgänge bedeutet keine Beeinträchtigung, da die Abrechnung der Nutzungskosten im Portal zentral und rollenbasiert nach einem Einheitstarif erfolgt. Die monatlichen Kosten für eine Messstelle liegen im Bereich von 10 bis 20 € in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebsmodus: dieser reicht wahlweise vom online-Modus (dauerhafte Verbindung) über den Intervall-Modus (Übertragung nur bei bestimmten Werten oder in bestimmten Zeitintervallen) bis hin zum kostenlosen „Schlafbetrieb“, bei welchem das Gerät nur in Bedarfsfällen „aufgeweckt“ wird

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Bildquelle: Schildknecht AG

Maschinen-Monitoring per Mobilfunk als beispielhaftes IoT-Geschäftsmodell Die hier aufgezeigte Applikation des IoT Edge Gateways steht exemplarisch für die überall im Gespräch befindlichen neuen IoT-Geschäftsmodelle. Weltweite Kommunikation von Geräten und Maschinen mit Portalen, Zugriff auf Maschinen auch in entlegenen Gegenden, aus Sicherheitsgründen bewusster Verzicht auf lokale Internet-Anbindungen, globale Verfügbarkeit, geringe Übertragungskosten – das alles sind Gründe für die Nutzung von Mobilfunk zum Aufbau von IoT-Geschäftsmodellen. Das globale Mobilfunknetz bietet zusammen mit IoT Edge Gateways wie z.B. dem DATAEAGLE 7050 dafür die Basis. Spezifische IoT-Geschäftsmodelle entstehen durch enge Zusammenarbeit zwischen interessierten Anwendern und erfahrenen Funktechnik-Anbietern nach dem bewährten Ablauf vom Konzept und dessen Test bis zur Marktreife. Für ein schnelles Proof of Concept (PoC) stehen sogenannte IoT Starterkits zur Verfügung, die es ermöglichen Sensoren anzubinden, um so die technischen Möglichkeiten praktisch zu erforschen. Jedes Projekt beginnt mit der Stückzahl 1 und stellt damit die Weichen zu attraktiven und innovativen IoT-Lösungen, wie es der hier gezeigte „Telefonkontakt“ zwischen Maschine und Cloud-Portal zeigt: „Hallo Cloud-Portal“ steht als Paradigma für leistungsfähige IoT-Lösungen. 

Über den Autor

 Thomas Schildknecht

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Vorstand, Schildknecht AG