Der Bedarf für die zentrale Bereitstellung von komplexeren Maschinen- und Anlagendaten ist vielschichtig. Klassiker der Telematik sind beispielsweise Talsperren oder Kläranlagen, die vielfach schon länger ohne Personal vor Ort betrieben werden. Etwas weniger komplex sind Wettersta­tionen oder Maut- und Verkehrsüber­wachungssysteme. Nun kommen neue Applikationen hinzu, die auf Wireless-Technologien für den Nahbereich bauen oder die sich die gestiegene Bandbreite der Mobilfunknetze wie UMTS oder LTE zunutze machen. Die Akzeptanz für deren Anwendung in Fabrikhallen ist in letzter Zeit deutlich gestiegen.

In beiden Fällen nutzen Anwender diese Daten, um beispielsweise über tragbare Geräte im Smartphone- oder Tablet-PC-Format Zustandsdaten einer ganzen Fabrik bereitgestellt zu bekommen. Zur Inbetriebnahme und Parame­trierung ist es sogar möglich, aus der Ferne auf die Anlagen zuzugreifen, selbst wenn etwa bei einem Neubau noch keine andere Kommunikationsin­frastruktur beim Kunden vorhanden ist.

Was ist nun nötig für solche zentralen Datenaggregatoren, die übrigens auch in anderer Konfiguration in Energie­netzen zum Einsatz kommen, um Zählerdaten von Smart Metern auszulesen? Oder die als ein Digital-Signage-Player eingesetzt werden, der seine Werbe­botschaft über einen Webstream stets brandaktuell halten kann? Im Grunde ist das schon mehr Informationstechnologie und Telekommunikation (ITK) als Automation, denn ein industrietauglicher Box-PC mit 802.11a/b/g/n WLAN (Wireless Local Area Network) und 802.15.4 WPAN (Wireless Personal Area Network), Zigbee-Netzwerk oder anderen Wireless-Schnittstellen reicht für die Kommunikation vor Ort meist aus. Zusätzlich braucht das System nur noch einen Netzanschluss zum Mobilfunknetz, wenn Teleservices mit angebunden werden sollen.

Globale Mobilfunkschnittstelle

Doch Vorsicht: So schnell, wie „mal eben“ ein Mobilfunk-Modul in einen Mini-PCIe-Slot eingesetzt ist, so schnell ist aus einem Embedded-Computer noch kein M2M-System für die Automation gemacht.

Der komplexe Aufbau der gesamten M2M-Kette erfordert umfangreiches Detailwissen – vieles davon ist Informationstechnologie und Telekommuni­kation. Das Kernstück, der M2M-Aggregator, kann auch die Cloud beinhalten.

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Schließlich ist es für den Maschinen- und Anlagenbauer wichtig, die Produkte nicht nur für Deutschland applikationsfertig zu machen, sondern global. Es ist dabei durchaus so, dass eine M2M-Lösung, die in einem Markt funktioniert, nicht ohne weiteres auch in anderen Ländern läuft. Für Länder wie Deutschland oder England mag dies vielleicht noch weitgehend zutreffen – immerhin werden hier dieselben Frequenzen und Technologien genutzt. Doch in weiteren Wachstumsmärkten wie Indien, China oder auch Japan ist dies definitiv nicht der Fall. Hier müssen jeweils ganz eigene Gegebenheiten berücksichtigt werden. So sind die Kooperation mit regionalen Netzbetreibern und die Einhaltung von deren Anforderungen von Bedeutung – eine überaus komplexe Aufgabe.

Wenn also ein Datenkonzentrator eingesetzt werden soll, übergibt man die Konfiguration des Systems bevorzugt einem Hersteller, der applikationsfertige M2M-Plattformen für den weltweiten Einsatz anbietet.

Vorkonfigurierte Aggregatoren

So bietet ein Hersteller seine Maschinen- und Anlagendatenaggregatoren beispielsweise so konfiguriert an, dass Sensordaten an unterschiedliche Dashboards und IT-Systeme für Unternehmen übermittelt werden können, wie etwa ERP (Enterprise Resource Planning) oder MIS (Management Information Systems) sowie technische Management Systeme wie EMS (Energy Management Systems). Die Daten lassen sich dabei in zahlreichen Formaten – wie etwa CSV, XML und JSON – sowie Protokollen – wie MQTT (Message Queue Telemetry Transport) und HTTPS – versenden.

Mit seiner PTCRB- und Vodafone-Zertifizierung darf das lüfterlose M2M-Entwickler-Kit an UMTS- und GSM-Netze angeschlossen werden.

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Durch den Einsatz eines Aggregators lässt sich die Gesamtlösung deutlich einfacher in die komplexen IT-Infrastrukturen des Kunden integrieren, da keine lokale Serverkomponente des Kunden mehr erforderlich ist. Auch die Installation wird erleichtert, da ein Zugriff auf alle Systemfunktionen über das Web-Interface möglich ist.

Eine Plattform für solche Anlagendatenaggregatoren ist das M2M-Smart-Services-Developer-Kit, das Kontron anbietet. Es basiert auf der SFF-Intel-Atom-Prozessor-Technologie und baut über eine 3G/2G-Mobilfunkstrecke die Verbindung in die Cloud auf – dies entweder standardmäßig oder als Fallback-Funktion für eine Telekommunikationsverbindung via Kabelnetz. Die integrierte Konnektivität wird in einer Embedded-Computing-Box applikationsfertig angeboten, die bereits über die nötigen Treiber und Protokolle verfügt und hinsichtlich der Applikationen und Betriebssysteme konfigurierbar ist.

Neben ihrer Flexibilität bietet die Plattform ein vorzertifiziertes Set-Up für Mobilfunknetzbetreiber: Das System enthält bereits vorkonfigurierte Cloud-Services von Drittanbietern, ist PTCRB-zertifiziert und von global verbreiteten Netzbetreibern für den Einsatz in Mobilfunknetzen zugelassen. Der Einsatz einer vorzertifizierten M2M-Plattform reduziert den Aufwand für Netzbetreiberzulassung und eigene Zertifizierungen, der entsteht, bevor die Systeme im Feld einsetzbar sind.

Lokal bietet das System via Ethernet oder WLAN (Wi-Fi) direkten Zugriff auf die in der Fabrikhalle verteilten Maschinen und Anlagen. Wenn diese von einem Hersteller stammen, kommen sie mit einem einzigen zentralen Aggregator aus. Zur Integration zusätzlicher Sensoren und Endgeräte verfügt das M2M-Smart-Services-Developer-Kit über eine Reihe an Schnittstellen-Op­tionen, darunter 802.11a/b/g/n WLAN (Wireless Local Area Network) und 802.15.4 WPAN (Wireless Personal Area Network), sowie einen Mini-PCI-Express-Slot für kundenspezifische Erweiterungen. Die Integration eines Überwachungssystems ist durch die optionale Erweiterung um ein Smart-Video- und Audio-Modul ebenso möglich wie individuelle Konfigurationen. Der modulare Ansatz und die Design-Optionen des M2M-Developer-Kits sollen die Entwicklungskosten und -risiken minimieren und die Markteinführung beschleunigen.

Software-Support inklusive

Das applikationsfertige M2M-System bietet Entwicklern neben einer breiten Auswahl an physikalischen Schnittstellen umfassenden Software-Support. So unterstützt das M2M-Smart-Services-Developer-Kit beispielsweise die Cumulocity-M2M-Application-Platform. Diese Cloud-basierte und horizon­tale M2M-Application-Platform stellt eine integrierte, serverseitige Datenbankplattform sowie Netzwerkagenten und Sensorbibliotheken bereit. Dieses Zusammenspiel von Developer Kit und Cumulocity-M2M-Application-Platform reduziert die Komplexität bei der Kommunikation mit unterschiedlichsten Gerätetypen, die jeweils eigene Datenmodelle, Protokolle und Übertragungs­mechanismen nutzen. Es bietet Entwicklern zudem fertige Komponenten für die Erstellung individueller Applikationen. Dazu zählen beispielsweise Werkzeuge für die Überwachung und Steuerung von Messgeräten und Sensoren über die Cloud. Diese helfen dabei, Daten zu sammeln, zu aggregieren und an die Back-Office-Applikationen der Unternehmen weiterzuleiten. Über Remote-Management-Funktionen lassen sich die Geräte konfigurieren und warten. All diese Funktionen stehen über REST-Webservice-APIs und Web-Benutzerschnittstellen auf Basis der AJAX-Technologie bereit. Entwickler können sich somit auf ihre spezifische „M2M-Cloud“-Entwicklung konzen­trieren.

Autor: Claus Giebert ist Product Manager M2M-Systeme bei Kontron.