„Auf der einen Seite steht der Wandel von zentralisierter Energieerzeugung durch wenige große Kraftwerke mit kontinuierlichem Output hin zu verteilten Erzeugern mit orts- und zeitabhängiger Leistung“, erklärt Ralf Glaser, Entwicklungsleiter bei IoTmaxx. „Auf der anderen Seite sind neue verteilte Verbraucher wie Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen mit ebenfalls orts- und zeitabhängigen Bedarfen entstanden.“ Die anspruchsvolle Aufgabe für die Netzbetreiber besteht darin, die erzeugte Energie bedarfsgerecht zu verteilen, das heißt einerseits das Netz auszubauen und andererseits den Energiefluss intelligent zu steuern. Darüber hinaus ist es zeitweise erforderlich durch Stromerzeuger die Energiezufuhr und durch Verbraucher die Energieabnahme zu regulieren, z.B. durch die Drosselung von Windrädern oder Solaranlagen bei Überproduktion oder die Begrenzung des Ladestroms für Elektrofahrzeuge bei Überbedarf. „Um diesen Anforderungen gerecht zu werden ist es notwendig, das bisher passive Stromnetz zum intelligenten Smart Grid zu erweitern“, betont Glaser. Ein zentraler Baustein dieser Transformation ist die Erfassung und Übertragung der aktuellen Auslastung des Netzes, der aktuellen Kapazität der Erzeuger und des aktuellen Bedarfs der Verbraucher. „Es bedarf also einer Systemkomponente, die nicht nur die Erfassung der Daten vor Ort beispielsweise in Ortsnetz- oder der Ladestationen und deren Übertragung ermöglicht, sondern darüber hinaus die Möglichkeit bietet, diese Daten vorzuverarbeiten und aktive lokale Komponenten wie z.B. Ladecontroller zu steuern.“ Die Gateways von IoTmaxx bieten dafür eine geeignete Lösung. Einerseits verfügen Sie auf geringer Baugröße über mannigfaltige Schnittstellen zum Datenaustausch und die Möglichkeit zur Datenübertragung über das lokale Ethernet-Netzwerk oder das integrierte 4G Mobilfunkmodul. Andererseits bieten sie ausreichend Rechenleistung und Speicherplatz für die lokale Verarbeitung der gesammelten Daten.
Sicher vernetzt im Smart Grid
In der Stromversorgung spielt zusätzlich das Thema Sicherheit eine große Rolle. Netzbetreiber müssen Vorgaben gemäß der Sicherheitsnorm IEEE 2035 erfüllen, damit die kritische Infrastruktur vor Zugriffen Dritter geschützt ist. Die kompakten, robusten und wartungsfreien Industrie-Gateways von IoTmaxx eignen sich für den Einsatz in Ortsnetzstationen. Das verwendete Linux Betriebssystem und regelmäßige Sicherheitsupdates gewährleisten eine hohe Datensicherheit und ermöglichen dem Anwender volle Kontrolle über den Datenfluss. Die sichere Anbindung an die Cloud kann entweder über verschlüsselte Protokolle wie z.B. MQTT und HTTPS oder über die unterstützten Tunnel-Technologien WireGuard, OpenVPN oder IPSec erfolgen. Der Zugang zum Internet ist wahlweise über das lokale Ethernet-Netzwerk oder über das integrierte Mobilfunk-Modem möglich. Die Gateways von IoTmaxx kommunizieren über das hoch verfügbare 4G-LTE-Mobilfunknetz und gewährleisten damit höchste Verbindungssicherheit. Die Gateways prüfen regelmäßig die Verbindung zu den Cloud-Systemen und führen sie im Falle einer Unterbrechung der Datenverbindung selbstständig einen neuen Verbindungsaufbau aus. Damit wird die weitgehende Erreichbarkeit der Geräte sichergestellt. Der integrierte GPS-Empfänger dient nicht nur zur Verfolgung mobiler Anlagen, sondern kann auch als präzise Zeitbasis oder für die Inventarisierung von ortsfesten Systemen genutzt werden.
Open Source und Docker-Technologie
Mit den frei programmierbaren Linux-Gateways lässt sich die eigene Software sicher in einer gekapselten Docker-Umgebung nutzen. Damit können containerisierte Anwendungen zum Einsatz kommen, die sich einerseits unabhängig von der Hardware des Gateways entwickeln und andererseits unabhängig vom Betriebssystem aktualisieren lassen. Neben der schnellen Software-Integration bietet diese Technologie einen hohen Schutz der eingesetzten Algorithmen, da ausschließlich Container-Images aufgespielt werden. Individuelle Gateway-Applikationen können entweder durch den Kunden selbst oder als Service von IoTmaxx programmiert werden. Der Open-Source-Ansatz bietet nicht nur Zugriff auf ein breites Angebot an Softwarekomponenten, sondern vor allem völlige Transparenz der Softwarefunktionen. Die Geräte sind eine geeignete Plattform für Edge-Computing durch ausreichend Rechenleistung für die lokale Vorverarbeitung der Daten vor Ort. Mit dem Edge-Ansatz lassen sich der Datenverkehr in die Cloud stark reduzieren und Reaktionszeiten verkürzen – unabhängig von Internetanbindung oder Server. IoTmaxx unterstützt seine Kunden von der Idee bis zum laufenden Projekt und bietet einen umfassenden Service und Support. Bei der Umsetzung des Projektes bietet IoTmaxx eine persönliche Beratung durch Ansprechpartner, die über jahrelange Erfahrung sowohl in den Bereichen Embedded Computing als auch in der Netzwerktechnik verfügen. Auch Anpassungen von Firmware-Komponenten sind bei Bedarf möglich.
Schnittstellenvielfalt auf kleinem Raum
Die Gateways für den industriellen Einsatz werden in Deutschland produziert und sind für einen Temperaturbereich von -25 °C bis +70 °C ausgelegt. Für einen erweiterten Funktionsumfang bietet das Unternehmen neben dem Basisgerät Maxx GW4100 auch ein Gateway mit einem zusätzlichen Sensorbord an: Das Maxx GW4101 belegt 5 cm auf der Hutschiene und eignet sich damit für den Einsatz in bestehenden, platzbeschränkten Umgebungen z.B. in Ortsnetzstationen. Neben den verschiedenen Möglichkeiten zur Netzwerkkonfiguration ist das Gateway ist mit vielfältigen Schnittstellen wie 4-20mA-Sensoren, digitale I/Os oder PT100/1000 für den Anschluss lokaler Sensorik ausgestattet. Damit lassen sich zusätzlich Sensordaten wie z.B. Temperaturen, Feuchtigkeit, Vibrationen, Schaltzustände und vieles mehr von der jeweiligen Anlage erfassen. Zudem stehen Kommunikationsschnittstellen für Ethernet, USB, RS-232, zwei RS-485 (eine galvanisch getrennt), CAN und 1-Wire sowie einen µSD-Karten Slot zur Verfügung.
