IoT Gateway – Was die Schnittstelle kann und warum die Industrie 4.0 sie braucht

Ein IoT Gateway ist in etwa vergleichbar mit einem Router. Nehmen wir zum Beispiel den Router, den wir zu Hause stehen haben.

In den eigenen vier Wänden sorgt er für die Konnektivität unseres Fernsehers oder Tablets. Oder seit dem Vormarsch der Smart Home Geräte eben auch für die Redseligkeit des Kühlschranks und für kluge Rasierapparate.

Damit wären wir auch schon beim Thema.

Die Welt wird smart. Und das nicht nur bei uns zu Hause. Ganze Industrieanlagen bedienen sich Künstlicher Intelligenz. Sie generieren Daten, die dabei helfen, Prozesse zu optimieren. Abläufe werden optimiert und effektiver gestaltet. Überdies sorgen Predictive Maintenance oder auch Digital Twins für mehr Weitblick und eine höhere Sicherheit.

Diese Fortschritte basieren darauf, dass Maschinen, Anlagen und Geräte keine Geheimnisse mehr haben. Wir kennen ihre Werte und wir kennen ihren Zustand, weil sie dank des Internet of Things mit uns sprechen. Oder im Zuge der M2M-Kommunikation eben auch miteinander kommunizieren. Dadurch kommt es zu automatisierenden Prozessen, die Geld und Zeit sparen. Mitunter können hier auch ganz neue Möglichkeiten entstehen.

IoT Gateway als Netzwerkpunkt

Um all die Chancen von Automatisierung und Künstlicher Intelligenz in Industrieanlagen und Geräten zu nutzen, braucht es einen Netzwerkpunkt, der als Tor dient. Auch zu einem anderen Netzwerk.

Dafür brauchen wir das IoT Gateway. Eben als eine Art Router, der für die Konnektivität an einem anderen Ort sorgt. Das Schöne daran: So ein IoT Gateway lässt sich gut nachrüsten. So kann ich für ein Upgrade zur smarten Fabrik oder smarten Büroanlage sorgen und viele Prozesse effizienter gestalten.

Als zusätzlicher Vorteil erweist sich außerdem die erhöhte Sicherheit, die ein IoT Gateway bietet. Schließlich kann ich über das Tor weiter Sicherheitsfunktionen einbauen. So können die Daten aus meinen Geräten und Maschinen, die zum Beispiel in die Cloud geschickt werden sollen, durch eine zusätzliche Verschlüsselung geschützt werden.

Wie funktioniert der IoT Gateway?

Ein Gateway kann übrigens auch unterschiedliche Systeme miteinander verbinden, während der Router für eine Verbindung innerhalb lokaler Netzwerke sorgt. Gerade beim Thema Nachrüsten ist das ein wichtiger Punkt.

Bleiben wir also bei der modernen Industrieanlage die smart gemacht werden soll. Um meine Maschinen kommunikativ werden zu lassen, statte ich sie zum Beispiel mit Sensoren aus. Diese Sensoren, etwa zum Messen von Temperatur, Druck, Stromverbrauch, Qualität oder Feuchtigkeit, erzeugen mitunter zigtausende Daten in kürzester Zeit.

Mit dem IoT Gateway kann ich diese Daten dahin bringen, wo sie verarbeitet oder gespeichert werden sollen.

Dabei ist mein nachgerüstetes IoT Gateway ein physisches Gerät, wie eben der Router, oder auch ein Softwareprogramm, das als Tor für die Informationen aus Sensoren und intelligenten Geräten dient. Über das Tor zum anderen Gerät oder in die Cloud oder wieder zurück.

Wohin auch immer: Alle Daten werden über das IoT Gateway übertragen.

Als Software für das IoT Gateway verwende ich dabei zum Beispiel Linux, Java Apps und offene Schnittstellen. Die Installation läuft über ein simples Plug-and-Run, sofern ich mich für diese einfach zu installierende Möglichkeit entschieden habe.

Ansonsten ist es sicher immer hilfreich, sich Experten zu Rate zu ziehen. Habe ich ein robustes IoT Gateway, läuft die Konfiguration und Handhabung dann über das integrierte Web-Interface. Dort kann ich die Sensoren oder andere Daten generierende Objekte auswählen und entsprechend konfigurieren. Des Weiteren wähle ich aus, wie die Daten vorverarbeitet und an welche Systeme sie gesendet werden.

Intelligente Gateways für die Industrie 4.0

Ausgeführt wird die benannte Software in der Regel durch eine eingebettete Steuerungshardware. Sie erfüllt hohe Echtzeit-Anforderungen und ist damit natürlich ideal für jede smarte Fabrikanlage. 

Gerade für Prozesse, die durch Edge Computing in Gang gebracht werden. Edge Computing ist schließlich dazu da, um kritische Daten direkt an der Quelle zu verarbeiten. Damit werden hohe Latenzen vermieden.

Ein vielseitiges IoT Gateway ist daher auch ein Bindeglied für die Bereitstellung von Ergebnissen aus den Analysen des Edge Computing. Diese werden durch das Gateway an die zuständige Stelle im Werk weitergeschickt. Genau deshalb werden IoT Gateways, die mit diesen Funktionen ausgestattet sind, auch als „intelligente“ Gateways bezeichnet.

Mit ihrer Fähigkeit, sowohl an der Datenquelle als auch in der Cloud zu arbeiten und Netzwerkfunktionen auszuführen, sorgen viele IoT-Gateways also für mehr Power in der Industrie 4.0. Und diese wird dringend gefordert. Schließlich investieren 91 Prozent der deutschen Industrie- und Fertigungsunternehmen in IoT-Lösungen.

Mit dem weiteren Vormarsch des Internet der Dinge stehen sie dabei vor der Aufgabe, meine Maschinen, Geräte und Anlagen zu connecten. Neben der Cloud oder Edge Computing spielen die IoT Gateways daher eine wesentliche Rolle für einen gelungenen Übergang in die digitale Welt.

Die Verbindung von Maschine zu Maschine

Wie wesentlich die Rolle ist, erkennen wir, wenn wir uns ansehen, wie wichtig etwa eine geringe Latenz ist. Gerade bei betrieblichen und insbesondere bei machen industriellen Prozessen. Durch das IoT Gateway kann ich Daten vorab analysieren. Dadurch verringert sich die Anzahl der Daten, die an die Cloud weitergeleitet werden. Genau das wiederum führt zu schnellen Antwortzeiten.

Folgende Anwendungen werden dabei durch das IoT Gateway ermöglicht:

• Das IoT-Gateway kann eine sichere Kommunikation zwischen Maschinen und Geräten ermöglichen.

• Durch die Möglichkeit, ein Gateway leicht nachzurüsten, kann ich auch für eine Kommunikation mit älteren oder nicht mit dem Internet verbundenen Geräten sorgen.

• Die Möglichkeit, Daten vorab zu analysieren, zwischenzuspeichern, sie zu streamen oder zu puffern, sorgt für eine Entlastung des Netzwerks und verhindert Datenstau oder zu große Latenzen bei Anwendungen.

• Erhöhung der Datenaggregation und Verhinderung von Datenverlust.

• Durch die Kommunikation von Gerät zu Gerät und die M2M-Kommuikation kann ich Technologien wie Predictive Maintenance oder Digital Twins implementieren.

• Datenvisualisierungen werden durch den Einsatz von IoT Gateway-Anwendungen möglich.

• Gerätekonfigurationen können durch IoT Gateways verwaltet werden.

• Habe ich Daten aus meiner Anlage generiert, kann ich für eine sichere Übertragung in die Cloud sorgen.

• Ein IoT Gateway kann die Sicherheitsfunktionen in meinem Netzwerk erhöhen.

• Eine Fernüberwachung meiner Anlagen im Live-Dashboard wird durch IoT Gateways ebenfalls möglich.

Dies sind nur einige Beispiele für Anwendungsszenarien, in denen IoT Gateways verwendet werden können. Weitere hängen von der Art und Qualität des Gateways und natürlich von individuellen Gegebenheiten ab.

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