IoT Gateway Lösung für Predictive Maintenance

Predictive Maintenance ermöglicht es Unternehmen in der Produktion frühzeitig Fehlerquellen auszuschließen. Aber um exakte Vorhersagen zu machen, werden Experten mit Domain-Know-how benötigt, die die finanziellen Möglichkeiten von vielen mittelständischen Herstellern bisweilen überschreiten. Hier bieten Cloud-Analyse-Tools, die aus mathematischen Modellen basierend auf aufgelaufenen Daten und Mustern von Referenzfällen Wahrscheinlichkeiten errechnen, eine praktikable Alternative. Für die laufende Analyse müssen die Hersteller lediglich die Felddaten und Informationen „in die Wolke füttern“.
 
Um den Anforderungen der Datenerfassung und -kommunikation zu entsprechen, integriert IPC2U cloud-fähige Hardware- und Softwarekomponenten z.B. von NEXCOM in ihre IoT-Lösungen. Basierend auf Intel-Prozessoren bieten IPC2U IoT-Gateways als universelle Hardwareplattformen die Schnittstellen und die Prozessorpower, um den letzten Schritt zwischen Edge und der Cloud zu überbrücken. NEXCOM IoT Studio Software vereinfacht zusätzlich die Implementierung von Datenverarbeitungsrichtlinien, Drittanbieter-Cloud-Service-Integration und das Gateway-Managemen. Mit Hilfe der vorintegrierten Wind River® Intelligent Device Plattform und McAfee® Embedded Control werden die IoT-Gateways vor Sicherheitsbedrohungen geschützt.

Um eine durchgängige Konnektivität für die Überwachung und Wartung von Produktionsanlagen bereitzustellen sind vielfach IoT-Gateways notwendig. IoT-Gateways müssen in der Lage sein, Informationen aus Felddaten zu extrahieren und die erzeugten Informationen komprimiert und sicher in die Cloud für analytische, archivarische oder andere Zwecke zu übertragen. IoT Gateways bieten umfangreiche Unterstützung für mehrere industrielle Kommunikationsprotokolle und flexible Konfigurationsmöglichkeiten, um drahtgebundene und drahtlose heterogene Netzwerke aus Feldgeräten, Unternehmens-Intranet und dem Internet aufzubauen.

Sind die Datenquellen erstmal erschlossen, kann das Volumen von maschinen- und sensorgenerierten Daten ein IoT-Gateway allerdings überwältigen und zu Spitzenzeiten die Netzwerkressourcen durch die Datenübertragung überlasten. Zur Vereinfachung der Implementierung von Datenverarbeitungsrichtlinien bietet der mit dem NEXCOM IoT Studio installierte NEXCOM Edge-Server ein Programmierwerkzeug mit webbasierter grafischer Benutzeroberfläche (GUI) für die Netzwerkprovisionierung. Durch die Bereitstellung eines Click-to-Connect-Befehls und einer vorintegrierten API (Application Programming Interface) von Drittanbietern können Hersteller grundliegende Richtlinien erstellen, physische Verbindungsschnittstellen schaffen, Datenerfassungsintervalle, Netzwerkprotokolle, Datenanalyseregeln und Datenempfangsziele für jedes Gerät, das mit Edge-Servern wie dem NIFE 200 verbunden ist, definieren. Für Produktionslinien mit speziellen Protokollanforderungen verfügt das NEXCOM IoT Studio über eine Unterstützung für zusätzliche proprietäre Protokollerweiterungen.
Der NEXCOM Edge-Server analysiert und atomisiert die eingehenden Daten in kleinere Einheiten, extrahiert die Daten, die für den Produktionsprozess von Bedeutung sind, wandelt die Einheiten in vordefinierte Formate, um die Weiterverarbeitung zu gewährleisten und sendet die Daten dann an den privaten Unternehmens-Cloudserver, IBM Bluemix oder Axeda Machine Cloud Service. Dabei kann der Edge Server sowohl die vorläufige Datenanalyse am Edge-Bereich des Feldes als auch das Event Management durchführen. Da der Edge-Server die Sensorwerte - zum Beispiel einen pH-Wert im laufenden Produktionsprozess - fortwährend kontrolliert, kann er selbststätig nach vordefinierten Grenzwerten entscheiden, ob eine automatische Reaktion, wie die Änderung eines Mischverhältnisses erforderlich ist oder integrierte Cloud-Anwendungsdienste wie die Ausgeben von Warnmeldungen über Kurznachrichtendienst (SMS) oder E-Mails ausführen, um ein menschliches Eingreifen in den Produktionsprozess zu initiieren. Der Edge-Server kann auch Over-the-Air-Update-Pakete verteilen, wenn IoT-Gateways aktualisiert werden müssen.

Wenn die Produktivität eines ganzen Betriebes auf dem Spiel steht, ist es natürlich von höchster Wichtigkeit die Kommunikation der IoT-Gateways aufrecht zu erhalten und vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Mit der vorintegrierten Wind River Intelligent Device Plattform XT und McAfee® Embedded Control wird die Sicherheit direkt beim Systemstart erzwungen und erlaubt nur vertrauenswürdiger Software das Starten von Anwendungen. Außerdem ver- und entschlüsselt die integrierte OpenSSL-Engine die Daten, um eine manipulierte Datenübertragung zu vermeiden. IoT Gateways schaffen sichere Bereiche für eine nahtlose und sichere Integration industrieller Netzwerke in das Business Intranet und Datenkommunikation mit der Cloud (siehe Abbildung 1).

In einer beispielhaften Anwendung der vorausschauenden Wartung erkennen die Sensoren ungewöhnliche Vibrationen in der Maschine und verarbeiten diese durch die Fast-Fourier-Time-Frequenz Transformation. Die verarbeiteten Daten werden in Spektrum, Wasserfall, Umlaufbahn und Wellenform umgewandelt und formatiert und dann vom IoT Gateway NIFE 200 gesammelt und an die vorausschauende Instandhaltung SCADA System NISE 3600E gesendet. Durch die nahtlose Integration in den Cloud-Service, in denen die mathematische Module angewendet werden, kann der Gerätezustand von Industriemaschinen, einschließlich Stromerzeugern, Kältemaschinen, Pumpen und vieler anderer genau überwacht und analysiert werden, um unerwartete Ausfallzeiten zu reduzieren (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2. IoT Gateway Lösung