IIoT- und M2M-Kommunikation und deren Rolle im industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystem

Diese kurze Zusammenfassung räumt mit gängigen Mythen auf und zeigt einige wichtige Unterschiede zwischen den beiden Technologien auf.

Um allgegenwärtige Systeme bereitzustellen, die den Betriebsdurchsatz und die Maschinenproduktivität optimieren, wird ein Panorama an intelligenteren Sensoren, Robotern, Aktoren und Steuerungen verbunden und integriert. IIoT- (industrielles Internet der Dinge) und M2M-Kommunikationslösungen bieten beide einen Remote-Gerätezugriff als zentrale Gemeinsamkeit und ermöglichen die Kommunikation zwischen Geräten ohne menschlichen Eingriff. Das Ziel ist im Grunde dasselbe (Herstellen von Konnektivität), aber die nötigen Mittel, um die Lösung profitabel zu machen, sind unterschiedlich.

Was ist M2M-Kommunikation?

Die M2M-Entwicklung war entscheidend für die Realisierung von IIoT. M2M ist im Wesentlichen eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit Festleitungen, die verschiedene Protokolle zwischen Geräten bestimmter Anwendung und desselben Typs implementiert. M2M-Geräte reagieren auf Anfragen nach gekapselten Daten oder übertragen diese automatisch. Dabei kann es sich um verschiedene Arten von Temperatursensoren und Bewegungsmeldern handeln. Eine ausreichend komplexe überwachte Maschine kann das M2M-Modul als Modem zur Datenübertragung verwenden. Die Maschine mit einfacher Schaltung und einem Schalter zeigt jedoch möglicherweise kein ausreichend intelligentes Verhalten und wird in eine vom M2M-Modul gesteuerte Slave-Rolle versetzt.

Das M2M-Gateway bietet die Verbindung von M2M-Geräten und leitet Daten aus einem Kommunikationsnetz weiter. Das Kommunikationsnetz dient als Infrastruktur zur Realisierung der Kommunikation zwischen dem M2M-Gateway und der M2M-Endbenutzeranwendung oder dem Server. Zu diesem Zweck können Funknetzwerke, Telefonleitungen und Kommunikationssatelliten, wie in der folgenden Abbildung 2 gezeigt, verwendet werden. Heute werden M2M-Kommunikationssysteme von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) gesteuert. SPSen sind ein wichtiger Bestandteil von SCADA-Systemen (Supervisory Control And Data Acquisition), einem übergeordneten Leitsystem, das zur Verwaltung automatisierter Industrievorgänge im großen Maßstab geschaffen wurde. Standardmäßige M2M-Systeme sind proprietär und vom Internet getrennt, ohne dass breitere Dienste, Anwendungen und Analysen vorgesehen sind. M2M-Systeme werden daher als „abgeschottete“ oder Einweg-/dedizierte Technologie bezeichnet und leisten hervorragende Arbeit bei der Steuerung eines bestimmten industriellen Prozesses. Sie können jedoch keine Daten mit den ERP-, PLM- oder SCM-Systemen eines Unternehmens teilen.

Farnell hat sich mit vielen verschiedenen Anbietern wie Schneider, Siemens, Mitsubishi, Honeywell, ABB, Multicomp Pro und weiteren Lieferanten zusammengetan, die ein breites Portfolio an Produkten wie SPSen, MMS, IIoT-Gateways, M2M-Gateways usw. herstellen, um vielfältige Anforderungen bei der IIoT- und M2M-Kommunikation im industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystem zu erfüllen. (Um weitere Informationen zu erhalten, klicken Sie hier)

Abbildung 1: Grundlegende Architektur der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation

Was ist das industrielle IoT?

Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) ist ein neues Paradigma für die Entwicklung wertvoller Anwendungen und Geschäftsmöglichkeiten zusätzlich zum industriellen Ethernet-Netzwerk, welches eine Fertigungsstätte vollständig vernetzt. Das IIoT-Netzwerk vernetzt Maschinen wie Industrieroboter, Anlagen und verbundene Sensoren, die eine Kommunikation zwischen Maschinen erlauben. Solche Geräte verwenden verschiedene Aktoren und Sensoren, um Daten über das Internet zu senden. Das Internet der Dinge (IoT) umfasst Kommunikationsgeräte, die für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation verwendet werden. Das IIoT liefert konkrete Echtzeit-Informationen, die Betreibern helfen, ihre Fertigungsstätten effizienter zu betreiben. Diese Systeme ermöglichen ein höheres Maß an Integration der Geschäftsabläufe, was zu höheren Gewinnen und niedrigeren Kosten führt.

Bei der IIoT- und M2M-Kommunikation werden verschiedene Produktionsprozesse mithilfe intelligenter Geräte integriert. Diese Integration erzeugt und sammelt informative industrielle Daten. Das Industrial Internet Consortium und die Industrie 4.0 sammeln solche Ideen für die Industrie und konzentrieren sich auf die Zusammenführung verschiedener Produktionsprozesse durch fortschrittliche internetbasierte Analyse- und Rechenfähigkeiten.

Ein gutes Beispiel für diese Schicht ist ein SmartEdge Industrial-IoT-Gateway von Avnet, das Sensoren und mehrere andere Geräte mit der Cloud verbindet. Man kann den Status der angeschlossenen Geräte über ein vollständig anpassbares Webportal von jedem internetfähigen Ort aus einsehen und die Geräte steuern. Das Gateway basiert auf dem beliebten Broadcom BCM2837-SoC von Raspberry Pi, einem 64-Bit-Quad-Core-ARM Cortex-A53, der eine hohe Rechenleistung bietet. (Weitere Informationen zum SmartEdge Industrial-IoT-Gateway von Avnet finden Sie hier)

Darüber befinden sich Lösungen zur Erfassung und Analyse einer kontinuierlichen historischen Aufzeichnung des Prozesses sowie Werkzeuge zur Planung und Terminierung von Produktionsaktivitäten, die zur Ausführung an die unteren Schichten weitergegeben werden. Im Falle des IIoT umfassen die Anwendungen, die gegenüber der cloud-basierten Speicherung laufen, Anwendungen, die auf Industrieunternehmen ausgerichtet sind, wie Planung/Terminierung, Optimierung und Engineering.

Abbildung 2: Grundlegende Architektur des industriellen IoT

M2M-Kommunikation vs. IIoT – Wesentliche Unterschiede:

Die Begriffe IIoT und M2M haben gemeinsame Wurzeln, da sich beide auf einen identischen Ursprung beziehen: Geräte, die mit einem industriellen Steuerungssystem verbunden sind, um ein konkretes Ergebnis zu erzielen. Das IIoT ermöglicht jedoch entscheidende Funktionen, die traditionelle M2M-Systeme nicht bieten können. Ein M2M-System wird entwickelt, um einen exklusiven Prozess zu steuern, in der Regel eine industrielle Maschine oder eine Gruppe von miteinander verbundenen Maschinen. Dies wird über Mobilfunk- oder kabelgebundene Konnektivität mithilfe eingebetteter Hardwaremodule und Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit einer dedizierten Anwendung erreicht. Die IIoT-Systeme nutzen das Internet, um Gerätedaten in die Cloud zu senden, wo mehrere Dienste und Anwendungen angewendet werden.

Abbildung 3: Grundlegende Architektur der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation

IIoT-Systeme ermöglichen die gemeinsame Nutzung von Daten im Unternehmen, um Business Intelligence für ein besseres Betriebsmanagement zu gewinnen. Der Übergang von der Bereitstellung geschlossener Datenbestände zu multifunktionalen offenen IIoT-Technologien ermöglicht die Integration von Sensor- und Gerätedaten mit anderen Unternehmensanwendungen wie Big Data und Analysen. M2M-Systeme dekodieren Probleme über die Verbesserung der Maschinenebene oder des Geräteservices, während IIoT-Systeme Big Data und Analysen nutzen, um unternehmensweite Verbesserungen zu erzielen.

M2M-Systeme reduzieren instandsetzungsbedingte Ausgaben mithilfe von Remote-Funktionen wie Ferndiagnose, Updates und Remote-Fehlerbehebung, um die Entsendung von Außendiensttechnikern zu weit entfernten Standorten zu minimieren. IIoT-Systeme betonen hingegen betriebliche Verbesserungen und stellen Informationsprodukte als Service über die Cloud bereit. Mit anderen Worten markiert IIoT einen Übergang von Hardware (wie Konnektivität und Geräte) zu Software (wie Dienste, konkretes Wissen und Daten), um den Betrieb zu steigern.

M2M vs. IIoT: Ihre Wahl:

Ihre Entscheidung hängt davon ab, was Sie von Ihrer Gerätekommunikationstechnologie erwarten. Es gibt keine Einheitsgröße, wenn es um die Entwicklung von Netzwerken geht. Wählen Sie die anwendungsfreundlichste Option.

Die M2M-Technologie ist in folgenden Fällen eine fundierte Wahl:

• Die Anwendung benötigt eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen Maschinen
• Schnelle Skalierbarkeit ist für Ihr Netzwerk von zweitrangiger Bedeutung
• Das Gerätenetzwerk ist aus Sicherheitsgründen isoliert
• Die Anwendung hat eine begrenzte Anzahl von besonderen Anforderungen an die Maschinenkommunikation, die eine schnelle und zuverlässige Ausführung erfordern
• Ihre Anwendung muss unabhängig davon funktionieren, ob eine Internetverbindung verfügbar ist oder nicht

Das IIoT kann hingegen in den folgenden Fällen die beste Option sein:

• Ihre Anwendung muss in Echtzeit mehrere verschiedene Geräte in einer Netzwerk-Cloud synchronisieren
• Die Anwendung benötigt eine einfache und problemlose Skalierbarkeit für eine größere Anzahl von Benutzern und Geräten
• Ihre Anwendung muss in der Lage sein, ihre Geräte und Daten mit verschiedenen Standards kompatibel zu machen
• Ihre Geräte haben Zugriff auf eine schnelle und zuverlässige Internetverbindung
• Ihre Netzwerkgeräte müssen mit mehreren anderen Geräten gleichzeitig kommunizieren können

Schlussfolgerung:

M2M und IIoT sind sich weitgehend ähnlich. M2M betrifft Maschinen, Geräte und Smartphones, während IIoT cyberbasierte physische Systeme wie Sensoren betrifft. M2M konzentriert sich auf die Wartungsebene, z. B. Hersteller auf einen möglichen Maschinendefekt aufmerksam zu machen, während IIoT verwendet wird, um riesige Systeme zu integrieren. M2M ist Hardware-zentriert, während IIoT Software-basiert ist.