Inhaltsverzeichnis
1. Die Ausgangssituation vor Nutzung des IIoT
2. Datenauswertung durch ein physisch installiertes Gerät
3. Vorteile IIoT-fähiger IPCs an der Edge
4. Passende Leistung bei geringerem Stromverbrauch
5. Zusätzliche Kommunikationsschnittstellen
6. Lokale Ausführung wesentlicher Aufgaben
7. Leichte Konfiguration
Die Architektur traditioneller Automatisierungssysteme wurde so entwickelt, dass sich die erfassten Daten an einem zentralen Verarbeitungsort konzentrieren – beispielsweise einem zentralen Server oder einem größeren Industrie-PC (IPC). Zur Ankopplung der im Feld installierten Sensoren und Aktoren kommt eine Vielzahl drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationsprotokolle inklusive Feldbussystemen zum Einsatz.
Die Ausgangssituation vor Nutzung des IIoT
Die zahlreichen Topologien und proprietären Übertragungslösungen, die auf unabhängigen Medienkanälen laufen, stellen in größeren Anwendungen durchaus eine Herausforderung sowie einen erheblichen Kostenfaktor dar. Das Fehlen eines gemeinsamen Netzwerks in größeren dezentralen Applikationen erhöht die Herausforderung zusätzlich. Und Wartungspersonal muss oftmals in regelmäßigen Zeitabständen zu teilweise entfernt gelegenen Stationen fahren, um dort Daten zu sammeln oder zu aktualisieren. Sofern ein Netzwerk verfügbar ist, gibt es häufig lediglich eine begrenzte Bandbreite, die bei der Weiterleitung großer Datenmengen zu Datenverzögerungen/Latenzzeiten führt.
Datenauswertung durch ein physisch installiertes Gerät
Heute erfordern Applikationen dagegen eine leistungsstarke Engine, die Daten erfassen, lokal speichern, analysieren und vorverarbeiten kann. Zudem muss sie die richtige Konnektivität bieten, damit die Informationen dorthin übertragen werden, wo sie gebraucht werden. Eine solche Lösung spielt eine Schlüsselrolle in einer Welt, in der Abermillionen von Geräten zur Anwendung kommen und interagieren.
Bild: Phoenix Contact
Kleine IIoT-fähige Industrie-PCs ermöglichen es, die Rechenleistung „an den Rand“ des Internets – die Edge (deswegen Edge Computing) – zu verlagern. Und was noch wichtiger ist: Die Auswertung der Daten erfolgt nicht mehr exklusiv in einer Cloud-Anwendung, sondern zumindest teilweise in einem Gerät, das physisch in der Applikation verbaut ist.
Vorteile IIoT-fähiger IPCs an der Edge
Der Vorteil eines solchen IIoT-fähigen IPCs liegt auf der Hand: Der Entwickler des Anlagendesigns entscheidet, welche Informationen zeitkritisch sind und sofort kommuniziert werden müssen, welche Daten sich in vordefinierten Zeitintervallen weiterleiten lassen und welche Daten lokal als Backup-Informationen verbleiben können. Die Evaluierung und Vorverarbeitung der Daten im vor Ort installieren IPC verringert den Netzwerkverkehr im WAN deutlich. Der lokale Speicher lässt sich auf das erforderliche Minimum reduzieren und spart somit Kosten. Die Leistung des lokalen IPCs kann ebenso gesenkt werden, so dass sich die Kosten für das Gerät und den Schaltschrankplatz für seine Montage vermindern.
Passende Leistung bei geringerem Stromverbrauch
Die Hardware eines solchen Geräts, das eine Schlüsselfunktion einnimmt, muss so ausgelegt sein, dass es das ganze Jahr rund um die Uhr selbst unter rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeitet:
- Das Embedded-Computer-Design, bei dem alle Komponenten mit der Leiterplatte verlötet sind, sorgt für eine hohe Systemverfügbarkeit.
- Durch die passive Kühlung ist der IPC nicht auf einen Lüfter angewiesen, um das System kühl zu halten. Das vereinfacht zudem die Wartung.
- Die Wahl des richtigen Intel-Prozessors liefert die passende Leistung für die Anwendung und verbraucht gleichzeitig so wenig Strom wie möglich, was weniger Wärme erzeugt.
- Durch die Nutzung moderner Komponenten – wie DDR4-RAM und Gigabit-Ethernet-Ports – erhöht sich die Performance des PC-Systems.
- Installationsoptionen erleichtern die Montage des Edge-Computers in jedem Schaltschrank.
Bild: Phoenix Contact
Als gutes Beispiel für ein solches Systemdesign erweist sich der VL3 UPC von Phoenix Contact. Der kompakte Box-PC ist mit einem Dual-Core- oder Quad-Core-Atom-Prozessor der x6000-Serie (Elkhart Lake) von Intel sowie schnellen DDR4-RAM- und Non-Volatile Memory Express (NVMe) Solid-State-Speicherbausteinen ausgestattet. Das Gerät wird passiv gekühlt und erlaubt ein hohes Maß an Konnektivität. Die Basissysteme bieten eine DisplayPort-Schnittstelle für hochauflösende Bildschirme mit Multi-Stream-Transportfähigkeit, die unabhängige Bildschirminhalte unterstützt, wenn mehrere Displays in Serie geschaltet sind.
Zusätzliche Kommunikationsschnittstellen
Der mit zwei Gigabit-Ethernet-Schnittstellen und zwei Hochgeschwindigkeits-USB-3.1-Schnittstellen versehene Box-PC lässt sich um zwei serielle Schnittstellen erweitern, die als RS-232/-422/-485-Ports betrieben werden können. Außerdem kann der Anwender WLAN in das 100x100x50 mm große Gehäuse des PCs konfigurieren. Zur Installation stehen die Hutschiene oder Montagewinkel für die Wandmontage zur Verfügung. Zum Systemausbau sind zwei Erweiterungsmodule erhältlich, die die Höhe des Systems um 30 mm steigern.
- Eine der Erweiterungsmöglichkeiten umfasst zwei zusätzliche Gigabit-Ethernet-Ports und eine M.2-Schnittstelle, die zur Erweiterung des Massenspeichers verwendet werden kann.
- Bei der zweiten Erweiterungsoption handelt es sich um ein 4G/LTE-Modem, das ebenfalls eine M.2-Schnittstelle zur Speichererweiterung beinhaltet. Dieses Erweiterungsmodul ist bereits für künftige 5G-Modems vorbereitet und somit zukunftsfähig ausgelegt.
Die flexible WAN/WLAN-Konnektivität erweist sich sowohl bei heutigen als auch bei zukünftigen Installationen von entscheidender Bedeutung, da Cloud-Computing die Art, wie Menschen ihre Daten speichern und nutzen, revolutioniert hat. Probleme wie Latenz, Datenintegrität und Sicherheit stellen dabei nicht verhandelbare Attribute dar.
Automatisierung als Chance, eine nachhaltigere Welt zu gestalten
Lokale Ausführung wesentlicher Aufgaben
Natürlich erweist sich ein Netzwerk als vorteilhaft, um entfernte Edge-Geräte mit der Cloud zu verbinden. Aufgrund der lokalen Vorverarbeitung und Speicherung von Daten ist es jedoch nicht mehr zwingend erforderlich, dass es sich dabei um eine hochgeschwindigkeits- oder echtzeitfähige Verbindung handelt. Wesentliche Aufgaben lassen sich einfach lokal ausführen.
Das verringert die Qualitätsanforderungen an den Übertragungskanal und führt zu weiteren Kosteneinsparungen in der Gesamtinstallation. Die Verfügbarkeit der notwendigen Bandbreite, die bisher für den sicheren Betrieb dezentraler Anlagen benötigt wurde, spielt durch den intelligenten Einsatz von IIoT-Edge-PCs eine geringere Rolle. (co)
Mehr Informationen zu den Industrie-PCs der Serie VL3 UPC
Leichte Konfiguration
Die IoT-fähigen Industrie-PCs VL3 UPC lassen sich über die einfach handhabbare Softwareumgebung PLCnext Engineer leicht konfigurieren. Das erleichtert vielen Anlagenbauern den Einsatz, denn sie haben eigene Lösungen entwickelt, um die in den Applikationen verbauten Sensoren, Aktoren und Maschinen miteinander zu verbinden – selbst wenn diese dezentral installiert sind. Die Box-PCs stellen zudem verschiedene Konnektivitätsoptionen zur Verfügung, so dass ihre Integration in jede Anwendung möglich ist.
Anlagenbauer, die keine eigene Lösung zur Implementierung einer Edge-Anwendung haben, erhalten mit dem VL3 UPC ein Gerät, das neben ausreichender Rechenleistung und Konnektivität die passende Software-Umgebung bietet. Die Kombination von Hard- und Software in einem betriebsbereiten Edge-Gerät ist auf die wesentlichen Anforderungen einer Edge-Anwendung zugeschnitten. Darüber hinaus lässt sich die Lösung um zusätzliche Apps erweitern, um individuelle Anwenderwünsche zu erfüllen. Beim programmierbaren Edge-Computer EPC 1502 erfolgt die Konfiguration zum Beispiel über die einfach bedienbare und bewährte Software-Suite PLCnext Engineer.
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