newsonline24

Ausfälle und Störungen belasten oft Einrichtungen und Anlagen in kritischen Betrieben und Infrastrukturen. Um Schäden zu vermeiden, besitzen Instandhalter eine einheitliche Sicht auf die Zustände aller Anlagen, um Wartungsaufgaben und Reparaturen planen zu können.

Die Schwierigkeit der Qualitätssicherung liegt oft darin, alle relevanten Anlagenzustände zentral zu erfassen und einheitlich auszuwerten. Bisherige Lösungen umfassen die Qualitätssicherung direkt am Standort, wobei Wartungstätigkeiten unmittelbar lokal umgesetzt werden, isoliert von den restlichen Einrichtungen und Anlagen.

Eine gesamtheitliche Sicht über die Zustände verteilter Systeme und Anlagen, würde die Erstellung eines umfassenden Wartungskonzeptes vereinfachen, wodurch Engpässe und störende Abhängigkeiten effizienter erkannt und ausgewertet werden können.

LoRaWAN zur lokalen Zustandsüberwachung

LoRaWAN (als leistungsarmes Funkprotokoll) bietet eine geeignete Lösung zur Datenübertragung über große Entfernungen und unter erschwerten Funkbedingungen. Dies wird insbesondere durch folgende Eigenschaften der zugrunde liegenden LoRa-Funktechnologie ermöglicht:

• Frequenzmodulationtechnik „Chirping“
• niedriger Frequenzbänder (regionsabhängig, 868 MHz für Europa)

Mit LoRaWAN kann man somit gut in störanfälligen industriellen Umgebungen kommunizieren, weil es Daten in der zeitlichen Änderung der Signalfrequenz codiert („Chirping“). Somit verfälscht das Hintergrund-Frequenzrauschen nicht die übertragenen Daten.

Niedriger Frequenzbänder besitzen den Vorteil, dass die Signale weniger (durch Umgebungsrauschen oder vereinzelte schmalbandige Störsignale) gedämpft werden. Ebenso können niedrige Signalfrequenzen besser physische Objekte durchdringen. Gerade in dicht-bebauten Umgebungen, müssen LoRaWAN-Sensoren ihre Daten zum Gateway erfolgreich kommunizieren.

Störanfällige Anlagen können somit segmentiert oder einheitlich überwacht werden, wobei eine Reihe von Sensoren mit LoRaWAN-Kommunikationsmodul an den relevanten Anlagen installiert werden. Die Auswahl der passenden Sensoren ist dabei entscheidend um die interessanten Größen der Anlage zu erfassen.

Flächendeckende Überwachung industrieller Komplexe – LoRaWAN-Netzverknüpfung

Die grundlegende Struktur der LoRaWAN-Sensoranbindung verwendet vier verschiedene Elementtypen.

1. LoRaWAN-Sensoren erfassen Messdaten an der Anlage
2. LoRaWAN-Gateways (auch „Basicstation“ genannt) stellen rohe LoRaWAN-Pakete bereit
3. Ein LoRaWAN-Netzwerkserver erfässt die LoRaWAN-Pakete zur Geräteverwaltung und Nutzdatenerfassung
4. Applikationsserver lesen die Nutzdaten vom Netzwerkserver und verarbeiten sie weiter

Zur flächendeckenden Überwachung bspw. mehrerer industrieller Standorte oder großer Industrieparks, können Strukturen aus mehreren Gateways (Basicstations) realisiert werden, die jeweils lokale Sensoren im möglichen Funkradius erfassen und einheitlich an einen zentralen Netzwerkserver weiterleiten. Externe Applikationen wie MES- oder ERP-Systeme können die Sensordaten lesen und weitergehend verarbeiten (bspw. zur Qualitätssicherung am Standort).
LoRaWAN Netzwerk-Server (LNS) können entsprechend in zwei verschiedenen Formen ausgeführt werden:  

• On-Premise LNS auf eigener Hardware (bspw. Chirpstack)
• LNS als SaaS-Dienste externer Cloud-Anbieter (bspw. The Things Network)

Cloud-basierte LNS

Cloud-basierte LNS sind SaaS-Dienste wie bspw. von The Things Network, die mehrere LoRaWAN-Gateways anbinden und somit standortübergreifende Netzwerke aufbauen. Solche Gateways erhalten dabei gesicherte API-Schnittstellen-Schlüssel zum Cloud-LNS, worüber die Sensor-Nutzdaten verschlüsselt durchs Internet übertragen werden. Cloud LNS besitzen weitergehend den Vorteil, dass sie an Applikationsserver weltweit übertragen können, wodurch Cloud-Lösungen besonders relevant für global verteilte Netzknoten werden.

On-Premise LNS

On-Premsie LNS werden lokal auf eigener Infrastruktur installiert und bieten maximale Datensicherheit, wie Beispielsweise die LNS-Applikation von Chirpstack. Da die Sensordaten vollständig im privaten Netzwerk verbleiben und nicht übers Internet übertragen werden, können sensible bzw. kritische Daten nicht von Angreifern im Internet abgegriffen oder verfälscht werden.

Neben dem Sicherheits-Aspekt, liegt die Entscheidungskraft für Erweiterung bzw. Implementierung des LNS in vorhandene IT-Strukturen vollkommen beim Entwickler. Als lokale Serverstation können externe Systeme (wie Arbeitsplatz-Software oder andere Serverapplikationen) die LoRaWAN-Daten abgreifen.

AMC-iFactory^X als Monitoringlösung für Zustandsbewertung & Trendanalyse

Aus den Sensordaten die durch den LNS bereitgestellt werden, können nun die qualitätsbehafteten Anlagenzustände und Gesamtsichten extrahiert und ausgewertet werden. Dazu bedarf es einer einheitlichen Datengrundlage, worin alle relevanten Anlagendaten erfasst und archiviert werden.

Dazu bietet die AMC GmbH die Monitoringplattform „iFactory^X“ an, eine standardisierte Lösung zur Datenerfassung um IoT-Umfeld.

iFactory^X erfässt Daten über standardisierte Industrieschnittstellen und IoT-Protokolle wie MQTT, um sie weitergehend für Analysen bereitzustellen. Ebenso dient iFactory^X gleichzeitig als Datensammelpunkt, worüber weitere externe Dienste, historische Daten und Auswerteergebnisse abrufen können.

Warum AMC?

Die AMC Analytik & Messtechnik GmbH Chemnitz begleitet Kunden seit vielen Jahren bei der Digitalisierung industrieller Anlagen.

Unser Vorteil liegt in der Kombination aus:

• Industrieller Messtechnik
• Automatisierungstechnik
• Kommunikationstechnik
• Monitoring- und Leitsystemen
• Individueller Softwareentwicklung

Dadurch erhalten Kunden keine Insellösung, sondern ein Gesamtkonzept von der Datenerfassung bis zur fertigen Visualisierung.

Wir verstehen sowohl die Anforderungen der Produktion als auch die technischen Herausforderungen bestehender Anlagen.