Im riesigen Ökosystem des industriellen Internets der Dinge (IIoT) sind Industrie-Gateways eine Geräteklasse von höchster Bedeutung. Sie sind nicht auf eine einzige, feste Form beschränkt, sondern umfassen eine Vielzahl spezialisierter Geräte, die auf industrielle Umgebungen zugeschnitten sind. Ihre Kernfunktion besteht darin, eine Verbindungsbrücke zwischen verschiedenen Netzwerkumgebungen zu schaffen und so eine nahtlose Dateninteraktion über Netzwerke hinweg zu ermöglichen.
Nehmen wir ein gängiges industrielles Szenario als Beispiel: RS485- und Ethernet-Netzwerkumgebungen sind im industriellen Sektor weit verbreitet, unterscheiden sich jedoch in Protokollen und Eigenschaften. Industrielle Gateways können diese beiden unterschiedlichen Netzwerkumgebungen effizient verbinden und einen ungehinderten Datenfluss ermöglichen. Dies ist vergleichbar mit einem erfahrenen „Übersetzer“, der die Sprachen verschiedener Netzwerkumgebungen versteht und Daten präzise übermittelt und so die Grundlage für die nachfolgende Datenverarbeitung und -anwendung legt. Diese Konnektivität ermöglicht es verschiedenen Geräten im Industriebereich, Netzwerkbeschränkungen zu überwinden und einen breiteren Informationsaustausch und eine bessere Zusammenarbeit zu ermöglichen.
Funktionen von Industrie-Gateways
Aus funktionaler Sicht weisen Industrie-Gateways einen klaren Evolutionspfad auf, der auf ihren Fähigkeiten basiert, die in drei Typen eingeteilt werden können: Basis-Gateways, Datenerfassungs-Gateways und umfassende intelligente Gateways.
Einfache Industrie-Gateways übernehmen in erster Linie die Aufgabe, verschiedene Netzwerkumgebungen zu verbinden. Sie konzentrieren sich auf die Stabilität und Zuverlässigkeit der Datenübertragung und fungieren als zuverlässiger „Bote“, der sichere und reibungslose Kommunikationskanäle zwischen verschiedenen Netzwerkumgebungen herstellt. Sie gewährleisten die präzise Datenübertragung vom Quell- zum Zielnetzwerk und bieten grundlegende Unterstützung für nachfolgende Datenverarbeitungsschritte. In industriellen Szenarien, in denen Echtzeit-Datenübertragung keine kritische Anforderung, stabile Verbindungen aber unerlässlich sind, spielen einfache Industrie-Gateways eine unersetzliche Rolle.
Industrielle Gateways zur Datenerfassung, die auf Netzwerkbrücken aufbauen, verfügen über leistungsfähigere Funktionen. Sie können nicht nur Netzwerke verbinden, sondern auch aktiv Echtzeitbedingungen in der Industrie erfassen, verschiedene Daten aus der Umgebung erfassen und Ein-/Ausgabesteuerungen durchführen. In der industriellen Produktion erzeugen zahlreiche Sensoren kontinuierlich Daten wie Temperatur, Druck und Durchflussrate. Industrielle Gateways zur Datenerfassung erfassen diese Daten in Echtzeit und übertragen sie an die Cloud oder lokale Steuerungssysteme. Darüber hinaus können sie Geräte vor Ort anhand empfangener Anweisungen präzise steuern und so eine bidirektionale Dateninteraktion und intelligente Anlagensteuerung ermöglichen.
Umfassend intelligente Industrie-Gateways stellen die umfangreichste Kategorie dar. Sie integrieren vielfältige Funktionen, darunter Datenerfassung, Steuerung, Speicherung und Edge-Computing-Routing. Diese Gateways können nicht nur die Aufgaben der ersten beiden Typen erfüllen, sondern auch die vorläufige Datenverarbeitung und -berechnung lokal durchführen. Dank Edge-Computing-Technologie können sie Daten schnell an der Quelle analysieren, die Datenverarbeitungslast in der Cloud reduzieren und die Reaktionsgeschwindigkeit und Effizienz des Systems verbessern. Im Zeitalter von Industrie 4.0 fungieren umfassende intelligente Industrie-Gateways als intelligentes „Gehirn“. Sie können Daten schnell analysieren, Entscheidungen treffen und Anweisungen präzise an relevante Geräte übermitteln und so eine intelligente Verwaltung und Steuerung der Industrieanlage ermöglichen.
Was ist ein Industrial Gateway?
Die Bedeutung industrieller Gateways im industriellen Internet der Dinge ähnelt der des Nervensystems im menschlichen Körper. In der industriellen Produktion fungieren verschiedene Sensoren und Geräte wie Sinnesorgane des menschlichen Körpers und erfassen ständig Informationen aus der Umgebung, wie Temperatur, Druck und Durchflussrate. Industrielle Gateways erfassen diese Informationen und übertragen sie über das Netzwerk an das Backend-Steuerungssystem oder die Cloud – ähnlich wie das Nervensystem wahrgenommene visuelle und taktile Informationen an das Gehirn übermittelt.
Das Gehirn analysiert und berechnet diese Informationen, legt die entsprechende Reaktionsstrategie fest und übermittelt dann über das Industrie-Gateway Anweisungen an die ausführenden Geräte, die diese zur Ausführung der entsprechenden Aktionen anweisen. Beispielsweise erkennt in einer automatisierten Produktionslinie ein Temperatursensor eine zu hohe Gerätetemperatur und überträgt die Daten über das Industrie-Gateway an das Steuerungssystem. Nach Analyse und Beurteilung sendet das Steuerungssystem über das Industrie-Gateway einen Startbefehl an das Kühlgerät, um das Gerät abzukühlen. Ohne Industrie-Gateways wären die Geräte in der Industriehalle wie ein Körper ohne neuronale Verbindungen, der weder Veränderungen in der äußeren Umgebung wahrnehmen noch Anweisungen befolgen könnte. Das gesamte industrielle Produktionssystem wäre gelähmt, vergleichbar mit einem Menschen im vegetativen Zustand oder mit unkoordinierten Gliedmaßen, der seine normale Funktionsfähigkeit verlieren würde.
Anwendungsszenarien von Industrie-Gateways
Dank ihrer leistungsstarken Funktionen finden Industrie-Gateways in zahlreichen industriellen Szenarien breite Anwendung.
In industriellen Umgebungen spielen Industrie-Gateways eine entscheidende Rolle bei der Fernwartung von Geräten wie SPS, Frequenzumrichtern und Robotern. Sie erfassen Echtzeit-Betriebsdaten dieser Geräte und übermitteln diese an ein Remote-Monitoring-Center. Techniker müssen nicht physisch vor Ort sein, sondern können den Gerätestatus über eine Remote-Monitoring-Plattform in Echtzeit überwachen, potenzielle Probleme umgehend erkennen und Diagnose- und Wartungsarbeiten durchführen. Bei einer SPS-Störung kann das Industrie-Gateway beispielsweise die Fehlerinformationen schnell an das Monitoring-Center übermitteln. Techniker können dann durch Datenanalyse die Fehlerursache schnell ermitteln und das Personal vor Ort bei der Reparatur per Fernzugriff anleiten. Dies steigert die Wartungseffizienz deutlich und senkt die Kosten.
Auch die Fernwartung und -verwaltung von Baumaschinen basiert stark auf industriellen Gateways. Durch die Installation von industriellen Gateways auf Baumaschinen können Manager aus der Ferne auf deren Betriebsparameter und Standortinformationen zugreifen und so die Planung und Verwaltung aus der Ferne ermöglichen. Auf Großbaustellen mit weit verteilten Baumaschinen ermöglichen industrielle Gateways den Managern, den Maschinenstatus in Echtzeit zu verfolgen, Bauaufgaben effizient zu organisieren und die Effizienz und Sicherheit der Bauarbeiten zu verbessern.
Im Hinblick auf die Fernwartung und -verwaltung von Werkstattausrüstung und Prozesssystemen ermöglichen Industrie-Gateways die Echtzeiterfassung und -analyse des Gerätebetriebs, die Vorhersage von Geräteausfällen und die vorausschauende Wartungsplanung, um den stabilen Betrieb der Produktionslinien zu gewährleisten. In einer Automobilwerkstatt können Industrie-Gateways die Betriebsparameter der Produktionsausrüstung kontinuierlich überwachen. Bei abnormalen Trends werden rechtzeitig Warnungen ausgegeben, um zu verhindern, dass Geräteausfälle die Produktion beeinträchtigen.
Auch die Fernüberwachung von Sekundärwasserversorgungspumpen in Wohnanlagen wird durch Industrie-Gateways ermöglicht. Durch die Echtzeitüberwachung von Betriebszustand, Druck und Durchfluss der Wasserversorgungspumpen können Störungen der Wasserversorgung umgehend erkannt und so ein normaler Wasserverbrauch der Bewohner sichergestellt werden. In Hochhaus-Wohnanlagen können Industrie-Gateways den Betrieb der Wasserversorgungspumpen in Echtzeit überwachen und im Störungsfall das Wartungspersonal umgehend benachrichtigen.
Bei der Vor-Ort-Überwachung von Ölfeldern und Ölquellen können sich Industrie-Gateways an die rauen Bedingungen anpassen und Produktionsdaten von Ölquellen wie Öldruck, Verrohrungsdruck und Fördermenge in Echtzeit erfassen. So liefern sie präzise Daten für die Erschließung und Bewirtschaftung von Ölfeldern. In Ölfeldern in rauen Umgebungen wie Wüsten und Ozeanen können Industrie-Gateways stabil arbeiten und Ölquellendaten zeitnah an die Leitstelle übermitteln.
Die Fernüberwachung von Dampf- und Heizungsleitungen erfolgt über Industrie-Gateways. Diese überwachen Temperatur und Druck der Rohrleitungen in Echtzeit, um Rohrleitungsunfälle zu verhindern und die Sicherheit der industriellen Produktion zu gewährleisten. In Branchen wie der Chemie- und Energiebranche ist der sichere Betrieb von Dampf- und Heizungsleitungen von entscheidender Bedeutung. Industrie-Gateways können den Rohrleitungsstatus in Echtzeit überwachen und so die Produktionssicherheit gewährleisten.
Darüber hinaus sind Industrie-Gateways in Smart-Building- und Smart-Factory-Anwendungen der Industrie 4.0 unverzichtbar. Sie können verschiedene Geräte und Systeme innerhalb eines Gebäudes verbinden und integrieren und so ein intelligentes Gebäudemanagement ermöglichen. In intelligenten Fabriken ermöglichen sie die Vernetzung von Produktionsanlagen, optimieren Produktionsprozesse und steigern die Produktionseffizienz und Produktqualität.
Als Kerngerät des industriellen Internets der Dinge treiben Industrie-Gateways mit ihren vielfältigen Funktionen und vielfältigen Anwendungsszenarien die Entwicklung der industriellen Produktion hin zu Intelligenz und Automatisierung voran. In der zukünftigen industriellen Entwicklung werden Industrie-Gateways kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert, um den Erfolg des industriellen Internets der Dinge weiter zu unterstützen.
