Tipps zum richtigen Gateway

Da immer mehr Unternehmen IIoT-Anwendungen entwickeln, besteht ein zunehmender Bedarf an IIoT-Gateways. Aufgrund dieses Trends sind mittlerweile im Markt viele Arten von IIoT-Gateways für den Einsatz in der industriellen Automatisierung verfügbar. Die Auswahl des am besten geeigneten IIoT-Gateways als Teil einer Gesamtlösung ist unerlässlich – nur so stellt der Anwender sicher, dass seine IIoT-Anwendung effizient und rentabel ist.

In diesem Artikel haben wir Antworten auf zehn der häufigsten Fragen zu IIoT-Gateways und dazu, was im gesamten Lebenszyklus eines IIoT-Projekts zu beachten ist, vorbereitet. Nach der Lektüre werden Sie mit ausreichend Wissen ausgestattet sein, um das für Sie und Ihre Anwendung geeignetste IIoT-Gateway auswählen zu können.

Frage 1: Warum benötigen Sie ein IIoT-Gateway für IIoT-Anwendungen?

Frage 2: Was sind die Grundanforderungen an IIoT-Gateways?

Frage 3: Welche Funktionen sollten IIoT-Gateways für die Datenerfassung bieten?

Frage 4: Verfügen Sie über die notwendigen Tools, um lokale Intelligenz auf IIoT-Gateways zu aktivieren?

Frage 5: Warum ist es wichtig, dass IIoT-Gateways Daten an IT-Systeme senden können?

Frage 6: Sollten IIoT-Gateways mit Cloud-Plattformen von Drittanbietern kompatibel sein?

Frage 7: Welche Funktionen sollten IIoT-Gateways für eine einfachere Installation haben?

Frage 8: Ist Ihre IIoT-Gateway-Lösung sicher genug, um Ihre Daten umfassend zu schützen?

Frage 9: Sind IIoT-Gateways robust genug, um in rauen Umgebungen zu arbeiten?

Frage 10: Können IIoT-Gateway-Lösungen die Fernverwaltung vereinfachen?

Definition von IIoT-Gateways

Frage 1: Warum benötigen Sie ein IIoT-Gateway für IIoT-Anwendungen?

Antwort: In den letzten Jahren hat sich die Struktur des Datenflusses in industriellen Anwendungen erheblich verändert. Der Datenfluss herkömmlicher Automatisierungssysteme für Betriebstechnologien (OT) ist relativ langsam und zuverlässig, um sicherzustellen, dass die Kommunikation zwischen Steuerungen wie SPS- oder RTU- und SCADA-Systemen stabil ist. Bei IIoT-Anwendungen, in denen Daten häufig von OT- zu IT-Systemen übertragen werden, darf zwischen den in beiden Netzwerken verbundenen Geräten nur eine minimale bis keine Latenz bestehen. Da das Übertragen großer Datenmengen von OT- auf IT-Systeme zeitaufwändig ist, erfordert der Datenfluss für IIoT-Anwendungen eine schnellere Lösung, um sicherzustellen, dass Anwender Daten in Echtzeit empfangen können, so dass Entscheidungen auf der Grundlage von Datengenauigkeit getroffen werden können.

Darüber hinaus erhöhen Daten, die in großen Mengen übertragen werden, die Installationskosten, da häufig neue Kabel mit mehr Durchsatz gekauft und eingesetzt werden müssen. Dies kann auch zu höheren Carrier-Gebühren führen, wenn das Netzwerk mit Wireless-Technologie bereitgestellt wird. Die effektivste Methode zur Reduzierung der übertragene Datenmenge und damit geringeren Kosten ist es, sicherzu-stellen, dass nur Nutzdaten übertragen werden.

IIoT-Gateways sind die Brücke zwischen OT- und IT-Welt. Das Schöne an IIoT-Gateways ist, dass sie mehrere wichtige Elemente zusam-menfassen und die Daten so filtern, dass nur die Nutzdaten extrahiert, verarbeitet und übertragen werden, was den Übertragungsaufwand und damit die Kosten reduziert. Der Einsatz eines IIoT-Gateways kann die Installation Ihrer IIoT-Anwendung beschleunigen und die Produktivität im Betrieb verbessern. Daher werden sie für IIoT-Anwendungen immer wichtiger.

Frage 2: Was sind die Grundanforderungen an IIoT-Gateways?

Antwort: Um die Effizienz von IIoT-Anwendungen zu maximieren, sollten IIoT-Gateways drei Grundanforderungen erfüllen. Erstens muss ein IIoT-Gateway die Datenerfassung durchführen können. Ein IIoT-Gateway, das mit Schnittstellen und Protokollen der OT-Welt kompatibel ist, muss unbedingt dann eingesetzt werden, wenn die Datenerfassung von Feldstandorten schnell erfolgen und die Daten, die in Echtzeit übertragen werden müssen, ohne Latenz gesendet werden sollen. Zweitens werden durch das Filtern der extrahierten Daten und das Identifizieren der Nutzdaten Zeit und Kosten für die Datenübertragung reduziert und die Genauigkeit der Datenanalyse erhöht, da nur die relevanten Daten bereitgestellt werden. Drittens müssen IIoT-Gateways in der Lage sein, Daten automatisch oder mit minimalem Aufwand von den Betreibern in IT-Systeme und Cloud-Plattformen zu übertragen. Wenn eine der drei oben genannten Anforderungen fehlt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Sie nicht alle möglichen Vorteile des Einsatzes einer IIoT-Anwendung nutzen können.

Projektlebenszyklus – Entwicklung

Frage 3: Welche Funktionen sollten IIoT-Gateways für die Datenerfassung bieten?

Antwort: IIoT-Gateways, die mehrere OT-Kommunikationsprotokolle unterstützen, können die Datenerfassung erheblich beschleunigen. OT-Geräte werden häufig für bestimmte industrielle Anwendungen entwickelt und sind nicht für die Kommunikation untereinander oder mit IT-Anwendungen ausgelegt. Daher gibt es oft Hindernisse, die überwunden werden müssen, wenn mehrere OT-Systeme miteinander verbunden werden sollen. IIoT-Gateways, die häufig verwendete OT-Protokolle wie Modbus und Ethernet/IP unterstützen, können den Aufwand für das Sammeln von Daten von verschiedenen Feldgeräten, die unterschiedliche Protokolle verwenden, erheblich reduzieren. Neben der Ermöglichung der Kommunikation zwischen verschiedenen OT-Protokollen müssen Benutzer auch sicherstellen, dass das IIoT- Gateway mit den Protokollen kompatibel ist, die in IT-Anwendungen verwendet werden, damit die Datenerfassung so schnell wie möglich erfolgen kann. Darüber hinaus ist eine benutzerfreundliche Benutzeroberfläche, die das Sammeln und Übertragen von Daten von OT- zu IT-Geräten vereinfacht, eine der besten Methoden, um eine schnelle Datenerfassung für OT- und IT-Anwendungen zu ermöglichen.

Frage 4: Verfügen Sie über die notwendigen Tools, um lokale Intelligenz auf IIoT-Gateways zu aktivieren?

Antwort: Anstelle von Gateways, die direkt Daten von Edge-Geräten sammeln und die Rohdaten an einen Cloud-Server übertragen, bietet die lokale Intelligenz in der ersten Datenverarbeitungsphase zwei wesentliche Vorteile: Anwender können schneller auf Ereignisse reagieren, die am Remote-Standort auftreten, und die Latenzzeiten zwischen Edge-Geräten und dem Cloud-Server minimieren. Durch das Filtern der von Edge-Geräten gesammelten Rohdaten ist es für OT-Ingenieure viel einfacher, schnell auf die ihnen zur Verfügung gestellten Daten zu reagieren, was den Betrieb vor Ort optimiert. Da die Daten vor der Übertragung an IT-Anwendungen gefiltert werden, verkürzen sich die Übertragungszeiten, und die Betreiber erhalten nur die relevanten Daten, so dass sie eine genauere Datenanalyse durchführen können. Um dies zu erreichen, müssen IIoT-Gateways über leistungsstarke Programmierfunktionen verfügen, damit eine reibungslose Datenverarbeitung am Netzwerkrand (Edge) gewährleistet wird. Das IIoT-Gateway sollte flexible Anwendungsprogrammierungslösungen wie C- und Python-APIs enthalten, um Daten mit lokaler Intelligenz verarbeiten zu können.

Frage 5: Warum ist es wichtig, dass IIoT-Gateways Daten an IT-Systeme senden können?

Antwort: Ein intelligentes IIoT-Gateway sollte OT-, IT-, Edge-Geräte und Cloud-Server überbrücken können. Um eine große Datenmenge von mehreren Feldstandorten in IT-Systeme zu übertragen, ist es empfehlenswert, eine Mobilfunkverbindung einzusetzen, die den 4G LTE-Standard verwendet. Es ist unerlässlich, dass IIoT-Gateways IT-Protokolle wie MQTT unterstützen, damit Daten mühelos in IT-Systeme übertragen werden können. Darüber hinaus muss der Benutzer für jede IIoT-Cloud-Plattform oder jedes SCADA-System häufig seinen eigenen SDK (Software Development Kit)/ Client anwenden. Um diesen Prozess zu vereinfachen, ist eine konfigurierbare Benutzerober-fläche von Vorteil, die es den Bedienern ermöglicht, Daten zu sammeln und zu übertragen, ohne dass Zeit für die Programmierung benötigt wird. Zusammenfassend sollte das IIoT-Gateway die Datenübertragung von Edge zu IIoT-Anwendungen vereinfachen.

Frage 6: Sollten IIoT-Gateways mit Cloud-Plattformen von Drittanbietern kompatibel sein?

Antwort: Die Antwort auf diese Frage hängt vom Zweck der IIoT-Anwendung ab und davon, wofür das Gateway verwendet wird. Obwohl einige große Unternehmen einen eigenen privaten Cloud-Server entwickelt haben und daher keine Kompatibilität mit Cloud-Plattformen von Drittanbietern benötigen, verwenden die meisten Unternehmen Public-Cloud-Plattformen als Teil ihrer gesamten IIoT-Lösung. Wenn das IIoT-Gateway nicht mit Cloud-Plattformen von Drittanbietern kompatibel ist, muss der Gateway-Anbieter einen SDK verwenden, um sicherzustellen, dass Daten vom Gateway an die Cloud gesendet werden können, was die Entwicklungsphase des Projekts oft verlängert. Derzeit gibt es verschiedene Cloud-Plattformen, die für IIoT-Anwendungen verfügbar sind, einschließlich Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure und Google Cloud. Wenn Sie ein IIoT-Gateway auswählen, das mit einer dieser Plattformen kompatibel ist, können Sie sicherstellen, dass Ihre IIoT-Anwendung schnell betriebsbereit ist.

Projektlebenszyklus – Einsatz

Frage 7: Welche Funktionen sollten IIoT-Gateways für einen einfacheren Einsatz haben?

Antwort: Da bei IIoT-Projekten häufig hunderte von Gateways an mehreren Feldstandorten in einem großen Gebiet bereitgestellt werden, hat die Auswahl eines IIoT-Gateways, das die Installation von Massengeräten vereinfacht, zahlreiche Vorteile. IIoT-Gateways sind die Middle-ware zwischen Edge-Geräten und Cloud-Servern. Sie sind daher zur Unterstützung von Funktionen wie IP-Einstellungen, Datenerfassungs-einstellungen und Verbindungseinstellungen für Cloud-Server erforderlich. OT-Ingenieure müssen Hunderte oder sogar Tausende von IIoT-Gateway-Einstellungen abschließen. Ein einfach zu verwendendes Gateway, das die Massenkonfiguration ermöglicht, macht die Installation erheblich schneller als die manuelle Eingabe der Daten und reduziert das Risiko menschlicher Fehler.

Projektlebenszyklus – Betrieb

Frage 8: Ist Ihre IIoT Gateway-Lösung sicher genug, um Ihre Daten umfassend zu schützen?

Antwort: Da IIoT-Gateways in den meisten modernen IIoT-Anwendungen eine wesentliche Rolle spielen, ist es wichtig, ein IIoT-Gateway zu wählen, das Ihre Daten vom Edge bis in die Cloud schützen kann. Als Erstes muss sichergestellt werden, dass das Gerät selbst ausreichend geschützt ist. IIoT-Gateways, die den Trusted Platform Module (TPM)-Standard unterstützen, entsprechen dem Standard EAL4 +, der eine akzeptable Systemsicherheit für IIoT-Anwendungen bietet. Zweitens müssen Daten während der Übertragung sicher sein. Es wird empfohlen, ein VPN (Virtual Private Network) zu verwenden, wenn das IIoT-Gateway Daten über das Internet überträgt. Drittens ist bei der Entwicklung von Anwendungen, die die RESTful-API auf IIoT-Gateways verwenden, ein Zugriffskontrollmechanismus erforderlich, um sicherzustellen, dass Daten geschützt sind. Es ist empfehlenswert, ein Authentifizierungssystem wie das API-Token-Management zu verwenden, das sicherstellt, dass nur autorisierte Benutzer oder externe Systeme die API des IIoT-Gateways verwenden können. Damit IIoT-Gateways für den Einsatz in industriellen Netzwerken geeignet sind, müssen sie in jeder Phase des Projektlebenszyklus über einen zuverlässigen Datenschutz verfügen.

Frage 9: Sind die IIoT-Gateways robust genug, um in rauen Umgebungen zu arbeiten?

Antwort: Um die Eignung für den Einsatz in rauen Umgebungen sicherzustellen, müssen IIoT-Gateways so gebaut sein, dass sie rauen Bedingungen wie extremen Temperaturen und elektrischen Interferenzen standhalten. Um ihre Eignung für diese Umgebungen sicher-zustellen, müssen sie den relevanten Industriestandards entsprechen. Da keine Installation gleich ist, unterscheiden sich die Spezifikationen je nach Standort und Anwendung. Wenn das IIoT-Gateway beispielsweise im Freien installiert werden muss, wird empfohlen, einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis 75 °C zu haben, um sicherzustellen, dass es allen extremen Temperaturen widersteht. Darüber hinaus erfordern industrielle Anwendungen normalerweise Zuverlässigkeit über mehrere Jahre hinweg. Daher ist es von Vorteil, wenn die Unternehmen, die IIoT-Gateways anbieten, einen fortlaufenden technischen Support sowie Garantien für die Hard- und Software bieten.

Projektlebenszyklus – Wartung

Frage 10: Können IIoT-Gateway-Lösungen die Fernverwaltung vereinfachen?

Antwort: Um die Verwaltung mehrerer IIoT-Gateways, die sich an verschiedenen Standorten befinden, zu vereinfachen, kann ein maßgeschneiderter Managementserver den Zeit- und Arbeitsaufwand reduzieren, den die Bediener für die Erledigung ihrer Aufgaben benötigen. Eine der idealen Eigenschaften eines Managementservers besteht beispielsweise darin, den Standort von IIoT-Gateways angeben zu können. Durch die Möglichkeit, den genauen Standort eines IIoT-Gateways auf einer Karte anzuzeigen, können Betreiber feststellen, bei welchem bestimmten Gateway ein Problem auftritt, wenn Hunderte von Gateways an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt eingesetzt werden. Nachdem das richtige Gerät gefunden wurde, ist die Möglichkeit, Aktionen dezentral, also „remote“ auszuführen, ebenfalls von großem Nutzen. Wenn ein Managementserver Remote-Aktionen ausführen kann, z.B. Firmware-Upgrades für mehrere IIoT-Gateways, kann eine große Anzahl von Vor-Ort-Störungen behoben werden. Es ist allgemein bekannt, dass ein IIoT-Gateway, das Remote-Management unterstützt, eine der effektivsten Methoden zur Vereinfachung der laufenden Wartung ist.

Autor

Alan Harris, Field Application Engineer bei Moxa Europe