Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) ist die nächste Stufe in der industriellen Automatisierung. (Bild: Shutterstock)
Das Internet der Dinge und der dazugehörige Markt sind ohne Frage eines der am stärksten wachsenden Segmente der Technologiebranche. Dachte man beim Stichwort IoT (Internet of Things, Internet der Dinge) anfangs vorrangig an Consumer-Produkte wie Haushaltsgeräte und Wearables rücken inzwischen auch verstärkt industrielle Anwendungen aller Art in den Fokus.
Dementsprechend nutzen Anwender vermehrt auch Industrial IoT (IIoT) – nicht nur vor dem Hintergrund der Industrie 4.0. Vorsichtige Prognosen gehen davon aus, dass sich die weltweiten Investitionen in das IIoT, die 2012 noch bei 20 Milliarden US-Dollar lagen, bis zum Jahr 2020 auf 500 Milliarden US-Dollar und damit um das 25-fache steigen werden. Optimistische Vorhersagen schätzen den Anteil von IIoT am weltweiten BIP im Jahr 2030 auf 15 Billionen US-Dollar. Dass der industrielle Einsatz moderner Technologien zur Vernetzung einen solchen Zuspruch erfährt, hat gute Gründe, ebenso wie die Tatsache, dass die Industrie in Zukunft Single Board Computer (SBC) als zentrale Steuerelemente dieser Technologien einsetzen.
SBCs als Innovationstreiber der Industrie
Geht es um SBCs und das IoT, dann wird meist schnell eine Verbindung zu automatisierten Prozessen in Bereichen wie Smart Home hergestellt. Gleiches gilt für den Einsatz von SBCs in der Industrie: Das IIoT wird ausschließlich als Grundlage für verfahrensoptimierte Produktionsprozesse wahrgenommen. Eine vernetzte Industrieanlage bietet ihrem Betreiber jedoch auch einen anderen großen Vorteil.
Durch die Möglichkeit, bei allen technischen Prozessen Daten zu sammeln und diese in Echtzeit auszuwerten wird schnell deutlich, an welchen Punkten Verbesserungspotenzial besteht – Stichwort Big Data. Ein Beispiel: Die Bergbaumaschinen von Joy Global sind untereinander vernetzt und erhöhen durch eine präventive Wartung (predictive maintenance) nicht nur die Sicherheit, sie vermeiden außerdem auch kostenintensive Betriebsausfälle und erhöhen zudem ihre Effizienz, indem sie miteinander kommunizieren.
Eckdaten
Bei der Kommunikation zwischen Mensch und Maschine lassen sich Daten von Sensoren an eine zentrale Plattform weiterleiten. Diese Rohdaten werden an den Knotenpunkten innerhalb des IIoT-Informationsnetzwerks weiter verarbeitet. Hier kommen SBCs wie der Beagle Bone Black Industrial ins Spiel: Er verfügt über einen leistungsstarken Sitara AM3358BZCZA100-Prozessor, eine für den industriellen Einsatz optimierte Version des Sitara AM3358 von Texas Instruments und über einen Mikroprozessor, der seine Taktung von 1 GHz auch unter extremen Bedingungen beibehält. Er arbeitet in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +105 °C.
Ebenfalls profitieren von modernen IoT-Lösungen konnte General Electric (GE). Der Konzern führte ein internes IoT-Ökosystem – eine Plattform namens Predix – ein. Durch diese Vernetzung von intelligenten Maschinen und Mitarbeitern sowie den daraus gewonnenen Erkenntnissen konnte GE seinen Umsatz innerhalb eines Jahres von 300 Millionen US-Dollar (2013) auf insgesamt 1,1 Milliarden US-Dollar (2014) steigern, also um das nahezu 3,6-fache.
Bei dieser Kommunikation zwischen Mensch und Maschine werden die zur Prozessoptimierung notwendigen Daten von Sensoren in Echtzeit erzeugt und an eine zentrale Plattform weitergeleitet. Stellt man sich die Informationslandschaft innerhalb eines Unternehmens wie ein Netzwerk vor, dann befinden sich an dessen Enden die Sensoren, welche die Informationen erfassen und in Form von Daten einspeisen.
Damit diese Rohdaten auch einen Nutzen haben und man konkrete Handlungsmaßnahmen aus ihnen ableiten kann, lassen sie sich an den Knotenpunkten innerhalb des IIoT-Informationsnetzwerkes weiter verarbeiten und aufbereiten. Die Knotenpunkte müssen – anders als die Sensoren – über eine hohe Leistungskapazität verfügen. Hier kommen SBCs ins Spiel, denn sie eignen sich durch ihre hohe Leistungsfähigkeit ideal für einen solchen Einsatz. Worin genau diese Vorteile liegen, lässt sich anhand des Beagle Bone Black Industrial gut veranschaulichen.
Robuster Rechner mit leistungsstarker Hardware
Der Beagle Bone Black Industrial beispielweise verfügt über einen leistungsstarken Sitara AM3358BZCZA100-Prozessor, eine für den industriellen Einsatz optimierte Version des Sitara AM3358 von Texas Instruments – dem Unternehmen, das den ersten Beagle Bone entwickelte und auf den Markt brachte. Der Mikroprozessor behält seine Taktung von 1 GHz auch unter extremen Bedingungen bei und arbeitet in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +105 °C zuverlässig. Weitere Leistungsmerkmale wie der DDR3L SD-RAM mit 512 MB und ein per eMMC verfügbarer On-Board-Speicher von 4 GB eröffnen dem Minirechner viele Einsatzmöglichkeiten als Teil eines weitverzweigten IIoT-Netzwerks.
Für den Einsatz der Minicomputer in einer industriellen Umgebung spricht auch die äußere Beschaffenheit, zum Beispiel in Bezug auf ihren Formfaktor. Der Beagle Bone Black Industrial lässt sich durch seine Größe von 8,64 × 5,34 cm2 in bestehende Hardware-Strukturen einbinden. Das Design erlaubt dem Nutzer den flexiblen Einsatz des Rechners als Automations- und Informationsknotenpunkt an genau den Stellen, an denen er benötigt wird. Bei dem SBCs handelt es sich um geschlossene Systemkomponenten, die flexibel und stabil sind. Das wiederum bedeutet weniger Betriebsausfälle in der laufenden Produktion und damit weniger Verlust.
In der Fertigung herrschen oft harte Bedingungen. Die Einplatinencomputer müssen für den Einsatz bei hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und aggressive Substanzen geeignet sein. Wird hier ein standardmäßiger SBC eingesetzt, kann es leicht zu einem Kurzschluss oder anderen Beeinträchtigungen kommen. Dann ist der Rechner schnell ein Störfaktor. Bei der Entwicklung des Beagle Bone Black Industrial hat Farnell Element 14 einen potenziellen Einsatz in rauen Umgebungen von Anfang an berücksichtigt: Die Leiterplatte des Computers ist mit einer speziellen Beschichtung versehen, die das Gerät vor Feuchtigkeit, Säure und anderen potenziell schädlichen Substanzen schützt.
Der Temperaturbereich, in dem der Beagle Bone Black Industrial eingesetzt werden kann, im Vergleich zum Referenzmodell, dem Beagle Bone Black Rev C, reicht jetzt von -20 °C bis +85 °C. So lässt er sich auch in Branchen einsetzen, bei denen ein potenzieller Kontakt mit gefährdenden Substanzen und extremen Temperaturen nicht zu vermeiden ist, zum Beispiel bei Produktion von chemischen Stoffen, galvanischen Prozessen oder im Maschinenbau.
Kompatible Software und Community-Support inklusive
Beim Beagle Bone Black Industrial von Element 14 handelt es sich um einen Einplatinencomputer für industrielle Anwendungen mit einem erweiterten Temperaturbereich. Farnell Element 14
In Bezug auf die Software profitieren Nutzer der Beagle Bone Black Industrial von einer großen Anzahl an Experten, die hinter dem Beagle Bone und der entsprechenden Open Source-Software steht: Alleine die Element-14-Community hat mehr als 400.000 Mitglieder, unter denen sich zahlreiche Experten für den Beagle Bone Black befinden. Auch Mitarbeiter und Softwareentwickler von TI unterstützen die Nutzer mit ihrer Expertise. In offenem Austausch können Softwareentwickler so die für ihr Projekt optimale Softwarelösung finden, um sicherzugehen, dass der Beagle Bone Black Industrial optimal eingesetzt wird und das ohne kosten- und zeitintensiven Kundensupport eines einzelnen Softwareanbieters.
Wenn es um die Auswahl einer optimalen Betriebssoftware geht, stehen dem Nutzer dabei mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Meist fällt die Wahl auf eine Open-Source-basierte Software, da Entwickler über den offenen Quellcode eine weitläufig genutzte Software als Basis nehmen können, um sie dann für ihren spezifischen Einsatz zu modifizieren und zu erweitern. Das bedeutet weniger Aufwand und damit weniger Kosten.
Prozessoptimierung für Unternehmen jeder Größe
Eine Integration in bestehende Systeme ist für größere Industrieunternehmen attraktiv, bei denen eine entsprechende Infrastruktur bereits eingerichtet wurde. Hier liegt die Herausforderung vor allem in einer reibungslosen Integration der Minirechner als Informations- und Automationsknotenpunkte. Doch durch die günstigen Anschaffungskosten ist der Einsatz auch für kleine und mittelständische Unternehmen interessant, die Netzwerkstrukturen einrichten oder ausbauen wollen.
Industrielle SBCs lassen sich hierfür in bestehende Strukturen integrieren und auch als Standalone-Lösung nutzen. In kleinen und mittelständischen Unternehmen nutzt man die industriellen SBCs als Standalone-Lösung für IIoT-Netzwerke, um die Prozessstrukturen zu modernisieren und zu optimieren. So lässt sich der Beagle Bone Black Industrial zum Beispiel als Herzstück eines Automatisierungssystems nutzen und durch die Kombination mit Capes, den Erweiterungsplatinen des Beagle Bone Black, um zusätzliche Funktionen ergänzen.
Durch das passende Zubehör wie Kameras, Displays oder Wireless-Adaptern können sich Unternehmen eine eigene IIoT-Infrastruktur einrichten, die sie bei der Modernisierung und Optimierung der Produktionsabläufe unterstützt. Industrie-optimierte SBCs wie der Beagle Bone Black Industrial bilden die technologische Grundlage dieser IIoT-Netzwerke und sorgen dafür, dass das Vorhaben Industrie 4.0 weiter vorangebracht wird, unabhängig von der Größe des Unternehmens.
Die Industrie ist dabei nur einer von zahlreichen Einsatzbereichen, in denen modifizierte Modelle wie der Beagle Bone Black Industrial zum Einsatz kommen können. Durch die zahlreichen Design & Manufacturing Services von Farnell können sich Kunden einen SBC modifizieren und maßschneidern lassen. So ist der Minirechner perfekt an seine Umgebung angepasst, egal ob in Industrie, Automotive, Medizintechnik oder anderen Branchen, die die Vorteile der Industrie 4.0 durch SBCs nutzen wollen.
Dr. Marc Schacherer
(jck)
