Wie IIoT-Gateways beim Temperatur-Monitoring helfen

Das slowenische Trafo Flex-Projekt zielte darauf ab, die Belastbarkeit dezentral aufgestellter Mittelspannungs- und Niederspannungs-Transformatoren auf sichere Weise – also mit einer lückenlosen Zustandsüberwachung – zu erhöhen, ohne die Lebenserwartung zu beeinträchtigen. So hofft man im Zusammenspiel mit Flexibilitätsdiensten zusätzlichen Spielraum für die Bewältigung von Spitzenlasten zu gewinnen, insbesondere in Niederspannungsnetzen. Gleichzeitig sollen auf Basis der im Projekt gewonnen Daten die tatsächlichen Belastungen der Transformatoren im untersuchten Netz ausgewertet werden. Aus dieser Überwachung des Gesundheitszustandes der Transformatoren sollen Erkenntnisse für das Anlagenmanagement abgeleitet werden.

Das letztendliche Ziel dieses IIot-Projektes ist die Entwicklung und Erprobung von Konzepten für den fortschrittlichen Einsatz von Transformatoren für den Betrieb des Stromnetzes, den Flexibilitätsmarkt und das Asset Management und damit die Vorbereitung der Masseneinführung dieser Technologie. Trafo Flex ist ein Gemeinschaftsprojekt des slowenischen Verteilernetzbetreibers Sodo, des Verteilernetzbetreibers Elektro Gorenjska und des slowenischen Übertragungsnetzbetreibers Eles in Zusammenarbeit mit dem externen Anbieter von Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen Operato d. o. o. Als wissenschaftliche Partner sind die beiden Forschungseinrichtungen Jožef Stefan Institute (IJS) sowie das Elektroinštitut Milan Vidmar (EIMV), beide aus Ljubljana, am Forschungsprojekt beteiligt.

Für die Übertragung der Temperatur-Messdaten von den jeweiligen Transformatoren griff Operato auf das Know-how von IoT Maxx, Hannover, zurück. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Datenkommunikation und Mobilfunk und passt ihre IIoT-Lösungen und das individuelle Dienstleistungspaket auf den Bedarf sowie die Hard- und Softwareumgebung des Kunden an. Dabei gilt der Grundsatz so wenig komplex wie nötig und so leistungsfähig wie möglich zu sein. Für die Kommunikation setzt das Unternehmen auf drahtlose Verfügbarkeit durch Mobilfunk im LTE-4G-Netz sowie auf Netzredundanz über zwei SIM-Karten. Die Konzepte basieren auf leistungsstarken, programmierbaren Gateways und Routern. Zusammen mit den passenden Zusatzgeräten sowie Programmier- und Hosting-Angeboten erhält der Kunde ein Gesamtpaket aus einer Hand. Kundenindividuelle Gateway-Applikationen können durch den Kunden selbst oder als Service frei programmiert werden. Höchste Sicherheit ist unter anderem durch integrierte Firewalls, passwortgeschütztes Zugriffsmanagement, sichere Verbindung über Open-VPN und einen Secure Chip gewährleistet.

Das programmierbare IIoT-Mobilfunk-Gateway Maxx GW4100 sammelt und verarbeitet Informationen industrieller Maschinen und Systeme und überträgt die Daten über sichere Mobilfunkverbindungen. Die Datenübertragung erfolgt über Mobilfunk im 4G Netz. Bei lokal schwachem 4G Netz verfügt das Mobilfunk-Gateway über ein automatisches Fallback auf 2G. Die Geräte können dank ihrer Schnittstellenvielfalt am Einsatzort aufgenommene Sensordaten aller Art aufnehmen und übertragen, beispielsweise auch Feuchtigkeit, Vibrationen, Schaltzustände und vieles mehr. Die Daten stellen Sie dann zur Verarbeitung für verschiedene Applikationen zur Verfügung. Die Gateways ermöglichen das Anbinden unterschiedlichster Systeme. Sie sind auf sichere Anwendungen im mittelständischen Industrieumfeld abgestimmt und bieten mit ihrer Schnittstellen- und Protokollvielfalt für drahtgebundene und drahtlose Industrie-4.0-Anwendungen alle erforderlichen Optionen. Als physikalische Schnittstellen stehen Ethernet, USB, RS232, RS485, CAN-Bus sowie 1-Wire zur Verfügung. Sensoren können auch über zwei multifunktionale analoge I/Os angeschlossen werden. Die reichhaltigen Schnittstellen des Gateways bieten die Möglichkeit zum direkten Anschluss marktüblicher Sensoren. Die Weiterverarbeitung der Zustandsdaten konzipiert man individuell auf den Kunden.

Das Mobilfunk-Gateway kommuniziert über einen verfügbaren LTE-Mobilfunkstandard und stellt so die Verbindungssicherheit sicher. Dank der Always-online-Funktionalität führt das Gateway einen selbstständigen Verbindungsaufbau sowie im Falle eines Fehlers den eigenständigen Neuaufbau der Verbindung aus. Damit besteht jederzeit und von jedem Ort aus uneingeschränktem Zugriff auf das wartungsfreie Gerät. Das LTE 4G Industrial-Gateway verfügt über ein erweiterbares Linux-Betriebssystem sowie ein aktuelles Prozessorsystem. Das System ist mit Flash- und RAM-Speicher ausgerüstet und ermöglicht zusätzlich das Verwenden von SD-Karten für große oder häufig geänderte Daten.

Dank Open-VPN erfolgt das Gerätemanagement per verschlüsselter Einwahl über Mobilfunk. Damit sind Gateways nur für den Anwender selbst erreichbar. Die Sicherheits- und Fehlerkorrekturen für das Linux-Betriebssystem sowie für die individuellen Anwenderapplikationen und Konfigurationen erfolgen über den zentralisierten Over-the-Air-Firmware-Update-Service. Dieser sorgt für ein zuverlässiges Update-Verfahren aus der Ferne.