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Industrial IoT und nicht-industrielle IoT Protokolle

Bei IIoT dreht sich alles um die Verbindung von OT (Operationelle Technologien) auf der Anlage mit IT-Technologien. OT-Technologien beinhalten Sensoren, Aktuatoren, Controller, PLCs, Feldbus-Systeme und industrielle PCs. IT-Technologien sind z.B. Datenbanken, Produktionsplanungssysteme (PPS), Systeme für die operative Datensammlung und Produktdaten-Gewinnung oder ERP-Systeme, um nur einige der üblicherweise vorhandenen IT-Lösungen zu nennen.

IIoT bedeutet, dass beide Welten über Internet-Technologien miteinander verbunden werden, d.h., ein standard TCP- oder UDP-basiertes Netzwerk. Moderne industrielle Komponenten bieten Datentransfer über TCP-basierte Protokolle wie z.B. Modus TCP oder neuere Protokolle wie MQTT und OPC-UA, die das direkte Senden von Daten in die Cloud ermöglichen. MQTT und OPC-UA sind inzwischen führende Protokolle im Industrial IoT. MQTT ist in den USA populärer, während die meisten deutschen Industriebereiche sich auf OPC-UA als Industriestandard geeinigt haben.

Ältere, hochentwickelte industrielle Komponenten können Daten und Funktionen zu anderen Komponenten über einen Feldbus übertragen. In Deutschland ist Profinet weit verbreitet. Profinet hat sich in den meisten Profibus-Systemen durchgesetzt. Da der Lebenszyklus von industriellen Komponenten leicht mehrere Dekaden überdauern kann, gibt es nach wie vor viele ProfiRemote Terminal Unitbus-Systeme im Feld. Neben dem Ethernet-basierten Modbus TCP gibt es auch den Vorgänger Modbus RTU (Remote Terminal Unit). Modbus RTU weiterhin die am weitesten verbreitete Installation. Es nutzt binäres Coding und CRC Fehlerprüfung. In vielen Fällen sind diese Lösungen langsamer als Modbus TCP, allerdings spielt die Geschwindigkeit in diesen Fällen eine untergeordnete Rolle. Die Entscheidung für RTU gegenüber TCP fällt oft auf der Basis der geringsten Umsetzungskomplexität und der gewünschten Trennung vom Ethernet aus Sicherheitsgründen.

CAN-Bus ist ein Feldbus, der häufig in Fahrzeugen wie z.B. PKWs, Gabelstaplern oder Baumaschinen genutzt wird. Für Automatisierungs-Applikationen wird häufig das Real-Time-Netzwerk POWERLINK genutzt, da es zusätzlich CANopen-Mechanismen anbietet. EtherCAT bietet CANopen-Technology auf dem Ethernet. Sercos III ist populär im Bereich der Fahr- und Bewegungskontroll-Applikationen wie z.B. Roboterarmen oder Packmaschinen. Serielle Bus-Kommunikation und die Kommunikation über kundenspezifische TCP-basierte Protokolle sind ebenfalls verbreitet, insbesondere wenn Mikro-Controller genutzt werden.

Fieldbus Module und IIoT Gateways werden für die Verbindung industrieller, feldbusbasierter Komponenten mit der IT oder cloudbasierten Lösungen genutzt. Das IIoT Gateway liefert die sichere Brücke zwischen dem Automatisierungs-Netzwerk und dem IT-Netzwerk. Manchmal ist es nicht gewünscht, Rohdaten in die IT Applikationen, Datenbanken, Data-Warehouses oder Data Lakes zu senden. In diesen Fällen wird Edge Computing genutzt. Edge Computing bedeutet, dass die Datentransformation an der “Kante” des Automatisierungs-Netzwerks stattfindet, bevor es in das IT-Netzwerk oder die Cloud geschickt wird. Dafür werden industrielle, werkstatt- bzw. fabrikgeeignete Windows oder Linux PCs eingesetzt.

BACnet (Building Automation and Control networks) ist ein Industrieprotokoll, das für die Gebäudeautomatisierung und -kontrolle entwickelt wurde. Das Protokoll wird häufig für Anwendungen wie Zugangskontrolle, Feueralarm, Lichtkontrolle sowie Heizungs- Ventilations- und Klimaanlagenkontrolle verwendet. Da es die netzwerk-basierte Kommunikation zwischen Komponenten zur Gebäudeautomatisierung seit Jahrzehnten ermöglicht, kann BACnet als Ursprung von Smart Home betracht werden.