Die Auswahl eines geeigneten IoT-Gateways kann für Fabrikbesitzer und Hersteller eine verwirrende und beängstigende Aufgabe sein. Mit dem richtigen Gateway können Hersteller das Potenzial des IoT und anderer Industrie 4.0-Anwendungen in ihren Prozessen nutzen.
Daher beschreibt dieser Artikel zehn wichtige Schritte bei der Auswahl des richtigen Gateways für Ihre industriellen Anforderungen.
10 wichtige Überlegungen zur Auswahl eines industriellen IoT-Gateways
- Was ist das Ziel des Gateways?
In der ersten Implementierungsphase des IoT-Gateways sollen das Hauptziel und die erforderliche Funktionalität des Gateways bewertet werden. Das sollte der wichtigste Leitfaden für den Auswahlprozess sein.
Betrachten wir zwei Beispiele, die dieses Konzept veranschaulichen.
Ein Fabrikbesitzer kann die präventive Instandhaltung von Maschinen im Fertigungsbereich planen, um einen Ausfall von Maschinen und kostspielige Reparaturen zu vermeiden. Dazu müssten Sensoren, welche die allgemeine Leistung messen, auf den Maschinen installiert werden. Das in diesem Fall ausgewählte Gateway müsste diese Daten sicher erfassen können und über integrierte Alarme verfügen, die den Fabrikbesitzer informieren, falls eine bestimmte Maschine überhitzt oder kurz davor steht, sich abzuschalten.
Das Gateway überträgt die Leistungsdaten dann an die analytische Verarbeitungseinheit in der Cloud. Die analytische Verarbeitungseinheit würde die chronologische Entwicklung der Leistungstrends aller Maschinen bewerten und erkennen können, welche Maschinen Leistungsprobleme aufweisen. Folglich könnte der Fabrikbesitzer bei Bedarf eine präventive Instandhaltung der Maschinen mit Leistungsproblemen planen.
In einem anderen Szenario möchte ein Landwirt vielleicht seinen Ernteertrag verbessern und die Bewässerung auf seinem Hof automatisieren. In diesem Fall müsste der Landwirt in seinem Betrieb mehrere Sensoren installieren, die Umgebungsfaktoren wie zum Beispiel Bodenfeuchte, Licht, Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen. Das gewählte Gateway-Modell müsste Daten von den Sensoren erfassen und die Daten filtern können und nur die benötigten Daten zur Automatisierung an das Bewässerungssystem senden. Außerdem müsste das Gateway alle Daten an die analytische Verarbeitungseinheit in der Cloud übermitteln. Die analytische Verarbeitungseinheit würde dann Trends bewerten, damit der Landwirt sehen kann, welche Faktoren seinen Ernteertrag beeinflussen, um die notwendigen Abhilfemaßnahmen festzulegen.
Aus den vorstehenden Beispielen geht hervor, dass sich das ideale Gateway je nach Ziel und erforderlicher Funktionalität unterscheiden kann.
- Wie viele Daten muss das Gateway von den Sensoren erheben?
In einigen Fällen könnten Hunderte von Sensoren erforderlich sein, während in anderen Situationen mehr als zehntausende Sensoren an einem Ort notwendig sein können, bei denen jeder Sensor dreißig Messungen pro Sekunde vornimmt. Die Analyse der benötigten Datenmengen ist der nächste wichtige Schritt für den Auswahlprozess des Gateways.
Zudem hat der Hersteller je nach Anforderungen an das Datenvolumen die Möglichkeit, mehr als ein Gateway zu installieren. Dies ist ein weiterer wichtiger Faktor, der berücksichtigt werden muss.
- Müssen die von den Sensoren erhobenen Daten gefiltert werden?
Die Sensordaten können erhoben und dann direkt an die analytische Verarbeitungseinheit in der Cloud übermittelt werden. In vielen IoT-Projekten werden jedoch nicht alle Sensordaten benötigt, oder das Gateway muss möglicherweise einige Vorverarbeitungsvorgänge mit den von den Sensoren erfassten Daten durchführen, bevor sie an die Analyseverarbeitungseinheit übermittelt werden.
Aus diesem Grund muss ein Hersteller möglicherweise ein Gateway kaufen, das die Sensordaten umfassend filtern und mehr als eine Vorverarbeitung der Daten durchführen kann.
Die Gateways, die diese modernen Vorverarbeitungs- und Filteroperationen durchführen können, werden als edge-computing-fähige Gateways bezeichnet.
- Wo wird das Gateway installiert?
Ein Gateway muss möglicherweise in einer HLK-Anlage oder in großen Höhen installiert werden. Dann muss das Gateway robust sein und unter extremen Bedingungen betrieben werden können.
Einige Gateway-Modelle sind für den Betrieb in Temperaturbereichen von -30 °C bis 70 °C, in Höhen von 15 bis 5000 m und für widrige Umgebungen mit Stößen und Vibrationen ausgelegt. Der Fabrikbesitzer muss sicherstellen, dass er ein für die Betriebsumgebung geeignetes Gateway auswählt.
- Welche Verbindungen, Protokolle und Schnittstellen ermöglicht das Gateway?
Zahlreiche IoT-Plattformen nutzen Verbindungsoptionen für den Nahbereich wie beispielsweise Bluetooth und Ethernet oder WLAN für eine Konnektivität mit größerer Reichweite. Hersteller und Fabrikbesitzer entscheiden sich immer öfter dafür, den Betrieb in ihren Werken oder Anlagen per Fernzugriff mit ihren Smartphones zu überwachen. Es gibt IoT-Gateway-Modelle, die umfassende Verbindungs- bzw. Konnektivitätsoptionen wie GSM/GPRS und LTE-M unterstützen.
Nicht alle IoT-Gateways sind in dieser Hinsicht gleich aufgebaut. Im Allgemeinen gilt: Je günstiger das Gateway, desto weniger Konnektivitätsoptionen werden damit bereitgestellt. Dieser wichtige Faktor sollte berücksichtigt werden.
Standardprotokolle wie beispielsweise TCP/IP und HTTP sollten vom Gateway ebenso unterstützt werden wie Modbus, MQTT und OPC UA. Außerdem sollten mehrere serielle Schnittstellen, LAN-Schnittstellen und USB-Ports zu den Merkmalen eines im industriellen Kontext eingesetzten Gateways gehören.
- Wie viele Daten kann das Gateway speichern?
In Fabriken eingesetzte industrielle Gateways erfassen in der Regel in jeder Sekunde mehrere Sensormesswerte. Allerdings können Situationen wie beispielsweise Netzwerkausfälle auftreten, so dass das Gateway diese Daten speichern muss, während die Netzwerkprobleme behoben werden.
Die meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Gateway-Modelle verfügen über Speicherfunktionen. Ein in einer typischen industriellen Umgebung installiertes Gateway muss jedoch eine beträchtliche Datenmenge über längere Zeiträume speichern können. Daher wird empfohlen, ein Gateway mit möglicher Erweiterung des Speichers und zusätzlichen Micro-SD-Slots auszuwählen, so dass es mindestens 20 GB Daten speichern kann.
- Verfügt das Gateway über integrierte Sicherheitsfunktionen und -optionen?
Die Sicherung der Gateways ist entscheidend für die Sicherheitsanforderungen der gesamten IoT-Plattform. Obwohl die meisten modernen Gateways integrierte Sicherheitsoptionen aufweisen, sollte dennoch geprüft werden, welche Verschlüsselungsstandards das Gateway verwendet, ob es Authentifizierungsprozesse anbietet und ob es Manipulationen erkennen kann.
- Ist das Gateway zertifiziert?
Das Gateway-Modell sollte gemäß der für Elektronikprodukte erforderlichen Standardkonformität FCC/CE/IC-zertifiziert sein. Es gibt zusätzliche Zertifizierungen wie zum Beispiel „Mobile PTCRB/GCF“ und Sicherheitszertifizierungen, die beachtet werden sollten.
- Sollen vorhandene Geräte, Maschinen und Altgeräte in die IoT-Plattform integriert werden?
Viele Fabriken und Hersteller verwenden oft Altgeräte und Maschinen mit langer Lebensdauer. Oft ist es nicht wirtschaftlich oder möglich, diese Geräte zu aktualisieren, um eine direkte Anbindung an die Cloud herzustellen. In diesen Fällen sollte das gewählte Gateway die vorhandenen Geräte unterstützen und eine Verbindung zu den Altgeräten herstellen können, um sicherzustellen, dass alle Daten in der Fabrik erfasst werden.
- Benötigt der Fabrikbesitzer oder Hersteller zusätzliche Anpassungsoptionen?
Möglicherweise braucht der Hersteller zusätzliche Anpassungsoptionen wie beispielsweise Stromsparfunktionen und LTE-Unterstützung. Aus diesem Grund sollten zusätzliche Anpassungen und Konfigurationen beachtet und ein Modell gewählt werden, für das solche Anpassungen möglich sind.
Schlussfolgerung
Ein IoT-Gateway hat großen Einfluss auf die erfolgreiche Einführung einer IoT-Lösung. Ein erheblicher Anteil der IoT-Projekte wird aufgrund eines falsch gewählten Gateways mit Implementierungs- und Skalierungsproblemen konfrontiert.
Daher wird Herstellern und Fabrikbesitzern empfohlen, die Auswahlkriterien für das richtige Gateway sorgfältig festzulegen. Ein solches Gateway sollte deren industrielle Daten in Echtzeit verarbeiten, handhaben und streamen können, um kritische Entscheidungen zu unterstützen.