"Cloud + Edge" koordiniert, gedeihen in der IIoT-Ära
"Cloud + Edge" koordiniert, gedeihen in der IIoT-Ära
In der heutigen Industrie gibt es eine wachsende Zahl von Geräten, die an verschiedenen Standorten verteilt sind. Angesichts des langjährigen Betriebs ist es unvermeidlich, dass einige von ihnen ab und zu ausfallen. Um Probleme früher zu erkennen und vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, ist es notwendig, den Betriebszustand der Geräte zu überwachen. Traditionell werden Wartungsingenieure häufig auf Patrouille vor Ort geschickt. Dies kann jedoch mit erheblichen Kosten verbunden sein, und häufig können Probleme nicht rechtzeitig erkannt werden.
Da immer mehr Geräte mit dem Internet verbunden sind und immer größere Datenmengen erzeugen, wollen Hersteller und Nutzer nicht nur eine effizientere Wartung, sondern auch mehr Erkenntnisse aus den Daten gewinnen, um das Wachstum zu fördern. Dies setzt eine tiefere Datenerfassung, bessere Verarbeitung und Analyse voraus. All diese Anforderungen führen zu größeren technischen Herausforderungen für ein koordiniertes "Cloud + Edge"-IIoT-Ökosystem.
1. Daten von verschiedenen Geräten sammeln
Geräte, die in Industrieanlagen eingesetzt werden, erfassen ständig Daten aus verschiedenen Bereichen der Anlage und überwachen sowohl die Maschinen als auch die Umgebung. Da diese Geräte mit unterschiedlichen Schnittstellen ausgestattet sind (serielle Schnittstellen, Ethernet-Anschlüsse, Bluetooth, Wi-Fi), ist es nicht einfach, Daten von allen Geräten zu erfassen. Die verschiedenen Gerätetypen auf der Baustelle erzeugen eine große Datenmenge, was eine große Herausforderung für die Gateways darstellt, die diese Daten sammeln und verarbeiten sollen.
Verschiedene Geräte kommunizieren mit unterschiedlichen Protokollen. Selbst innerhalb der gleichen Kategorie kann es eine ganze Reihe von Optionen geben. Nehmen wir als Beispiel SPS. In dieser Branche gibt es mehrere große Anbieter: Siemens, Schneider Electric, Allen-Bradley, ... jeder hat sein eigenes Protokoll. Inzwischen kommunizieren einige Hersteller über ihre eigenen Protokolle. Dies führt zu Kompatibilitätsproblemen für die Benutzer, da die meisten herkömmlichen Gateways, die Daten übertragen, nur einige dieser Protokolle unterstützen. Das bedeutet, dass für einen einzigen Standort mehrere Arten von Gateways benötigt werden, was enorme Ausgaben für die Ausrüstung und hohe Kosten für den Markenwechsel mit sich bringt.
Da die Geräte vor Ort immer vielfältiger werden und das oben genannte Problem akut wird, müssen mehrere Industrieprotokolle integriert werden und auch private Protokolle kompatibel sein, damit Daten aus verschiedenen Quellen über ein einziges "All-in-One"-IIoT-Gateway übertragen werden können.
2. Vorverarbeitung der Daten am Rand
In der Ära des Cloud-Computing werden Daten zur Verarbeitung, Speicherung und Analyse in die Cloud hochgeladen. Da ständig große Datenmengen generiert werden, belasten sie die Cloud immer stärker. Stellen Sie sich vor, dass alle Daten nach und nach an die Cloud gesendet werden, die Cloud alle Daten empfängt und mit einem Befehl (oder manchmal gar keinem Befehl) antwortet, bevor weitere Maßnahmen ergriffen werden. Dies bedeutet eine große Latenzzeit bei der Datenübertragung. Auch wenn 5G das Geschwindigkeitsproblem lösen kann, ist die Cloud mit riesigen Datenmengen überlastet.
So entsteht das Konzept des Edge Computing. Mit vorkonfigurierten Bedingungen oder programmierten Tools können die von verschiedenen Geräten gesammelten Daten in der Nähe des Ortes, an dem sie erzeugt werden (dem "Rand"), gefiltert werden. Einige dieser Daten können lokal verarbeitet werden. Wenn beispielsweise ein bestimmter Schwellenwert erreicht wird, kann das Gateway sofort reagieren, indem es z. B. Warnungen an das Wartungspersonal sendet oder die Parameter der SPS ändert. Es kann auch andere nachgeschaltete Geräte über E/As steuern, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, so dass Steuerungen mit unterschiedlichen Protokollen Daten austauschen können.
Die restlichen, "bereinigten" Daten werden dann an die Cloud gesendet. Dies spart nicht nur Datenfluss und Bandbreite, sondern, was noch wichtiger ist, entlastet die Cloud von übermäßiger Last.
3. Daten in die Cloud hochladen
Die Welt von heute ist zunehmend datengesteuert. Als Kernstück des IIoT-Ökosystems spielt die Cloud eine wichtige Rolle bei der zentralisierten Verwaltung, Datenanalyse und Entscheidungsfindung.
So wie sich die Datenerfassungsgeräte in ihren Kommunikationsprotokollen unterscheiden, variieren auch die verschiedenen Clouds in ihren Verbindungs- und Interaktionsmethoden. So sind beispielsweise die großen öffentlichen Clouds wie Microsoft Azure und AWS mit SDK verbunden. Die Interaktionslogik zwischen den Clouds und den vom Edge angeforderten Funktionen ist ebenfalls unterschiedlich. Daher bedeutet das Senden von Daten an die Cloud eine Menge 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 benutzerdefinierte Interaktion mit der Cloud, um ihre Daten hochzuladen. Glücklicherweise unterstützen die heutigen Cloud-Gateways dank des technologischen Fortschritts in der Regel die wichtigsten IoT-Clouds. Es sind nur wenige Schritte erforderlich, um die Cloud so zu konfigurieren, dass die Daten problemlos von der Quelle in die Cloud übertragen werden können.
Während Systemintegratoren versuchen, alles aus der Cloud zu überwachen, um sicherzustellen, dass ihre Systeme ordnungsgemäß funktionieren, müssen Hersteller ihre Fabriken über SCADA verwalten. Daher ermöglicht das Gateway lokalen SCADA-Systemen, Daten über Industrieprotokolle und die Cloud über MQTT zu erfassen.
4. Umsetzung digitaler Projekte
Es braucht Zeit, bis man vollständig digitalisiert ist. Der Beginn eines neuen Projekts ist in der Regel mit einer Menge Arbeit verbunden: Vorbereitung aller Geräte, Integration, Programmierung der Anwendungen usw. In einer schnelllebigen Welt ist Zeit alles.
Eine "Cloud + Edge"-Lösung sollte einfach zu implementieren und zu konfigurieren sein, damit neue Projekte so schnell wie möglich umgesetzt werden können. Da immer mehr Verwaltungstools auftauchen, ist es fast schon Standard, dass diese Gateways über eine Cloud-Plattform verwaltet werden können. Die Webkonfiguration wird unterstützt, und die Konfiguration kann importiert und exportiert werden. Die Bereitstellung und die Batch-Verwaltung können auf der Plattform einfach durchgeführt werden.
Um den sich ständig ändernden Geschäftsanforderungen gerecht zu werden und im Laufe der Projekte flexibel auf neue Anforderungen reagieren zu können, ist eine Anpassung erforderlich. Beispielsweise benötigt die Cloud-Plattform in ihrer Iteration eine andere Unterstützung durch das Gateway; wenn sich die Datenanalyse vertieft, müssen einige Datenverarbeitungslogiken auf dem Edge angepasst werden.
Zusammenfassung
Die Cloud und das Edge arbeiten im IIoT so eng zusammen wie nie zuvor. Durch eine effiziente "Cloud + Edge"-Koordination können wir den Edge besser nutzen, besser verstehen, was im Feld vor sich geht, sicherstellen, dass die Geräte effizient und stabil arbeiten, und so eine bessere Nutzererfahrung bieten. Mit einer effizienteren und fundierteren Datenbank können wir bessere Erkenntnisse für die Produktverbesserung und Parameteroptimierung gewinnen und so die Wettbewerbsfähigkeit im Zeitalter von Industrie 4.0 steigern.