Siemens und IoT: Die nahtlose Integration der physischen und virtuellen Welt

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TN Hinweis: Dieser Artikel stammt von der offiziellen Siemens-Website mit dem Titel ‚ÄěBilder der Zukunft‚Äú. Siemens ist ein deutsches Konglomerat und einer der gr√∂√üten Akteure in der Technologie der Technokratie. Es ist f√ľhrend in Smart Grid, Windkraftanlagen, Fabrikautomation und insbesondere bei der Schaffung des Internet der Dinge (IoT), in dem Ger√§te autonom miteinander kommunizieren und interagieren. 

Ob in Fabriken, Schienen- und Verkehrsmanagementsystemen oder dezentralen Energieverteilungssystemen - der Trend geht zur Vernetzung einzelner Geräte mit ganzen Systemen - ein Prozess, der auf der Integration der physischen Welt in die virtuelle Welt der Daten basiert. Das Ergebnis nennt Siemens das Web of Systems. Während dieses Prozesses kann Siemens seinen Kunden helfen, ihre vorhandenen Geräte durch die Vorteile des digitalen Universums zu bereichern, ohne den Datenschutz oder das geistige Eigentum zu gefährden oder zu beeinträchtigen.

Unser t√§gliches Leben wird mit immer mehr Ger√§ten gef√ľllt, mit denen Benutzer den Status eines Objekts √ľber das Internet oder die Cloud herausfinden k√∂nnen. Beispiele f√ľr diesen Trend sind Fitness-Tracker-Armb√§nder, Sensoren zur √úberwachung des Feuchtigkeitsgehalts von Pflanzen und H√§user, die lernen, W√§rme und Beleuchtung an die Lebensgewohnheiten ihrer Bewohner anzupassen. W√§hrend sich dieser Prozess entwickelt, ist es realistisch zu erwarten, dass irgendwann jedes ‚ÄěDing‚Äú mit einer Internetadresse ausgestattet wird, wodurch sich ganz neue M√∂glichkeiten f√ľr die Interaktion mit diesen ‚ÄěDingen‚Äú er√∂ffnen.

Dieses Paradigma des Internet der Dinge (IoT) er√∂ffnet Siemens enorme Chancen. Schlie√ülich ist Siemens ein wichtiger Akteur bei der Kombination von Hard- und Software - zum Beispiel bei Automatisierungsl√∂sungen f√ľr die Produktion, bei Schienen- und Verkehrsmanagementsystemen sowie bei der dezentralen Lieferung von elektrischem Strom.

Trotzdem sind Fabriken, Verkehrsnetze und Versorgungsnetze weitaus komplexer als Smartphones und Trackerarmb√§nder. Dies sind Beispiele f√ľr reale und virtuelle Systeme, die miteinander verzahnt wurden und h√§ufig sogar kritische Infrastrukturen betreffen. Kunden in solchen kritischen Bereichen haben ganz andere Erwartungen an Sicherheit, Zuverl√§ssigkeit und Haltbarkeit als Kunden, die ein intelligentes Thermostat- oder Anlagenfeuchtesystem kaufen. Dar√ľber hinaus m√∂chten diese Kunden ihre vorhandene Ausr√ľstung durch die Vorteile des sich entwickelnden digitalen Universums bereichern, ohne den Datenschutz oder das geistige Eigentum zu gef√§hrden oder zu beeintr√§chtigen. Aus diesem Grund hat Siemens das Konzept des Internet der Dinge f√ľr industrielle Anwendungen zum Web of Systems ausgebaut. Dies bedeutet, dass Systeme digital sind, miteinander kommunizieren und autonom agieren k√∂nnen. Nach der Vision von Siemens werden die Elemente dieses √Ėkosystems in Zukunft mithilfe von Webtechnologien verwaltet, die standardisierte Protokolle und Sprachen verwenden, wie sie heute im Internet verwendet werden.

Diese Verkn√ľpfung von realer und virtueller Datenwelt bietet Siemens-Kunden zahlreiche Vorteile. Sie k√∂nnen jederzeit den aktuellen Status eines Systems und seiner Teile detailliert erfassen und analysieren. Dies wiederum bietet enorme Einsparungsm√∂glichkeiten durch vorausschauende Wartung sowie gro√ües Optimierungspotenzial f√ľr Systeme. Mit den heutigen Technologien aus der World Wide Web-Umgebung k√∂nnen Systeme h√§ufig schneller und wirtschaftlicher implementiert und in Betrieb genommen werden. Die Intelligenz eines Systems kann nach Bedarf zwischen realen Komponenten und virtuellen Systemen in der Cloud verteilt werden, was zu einer verbesserten Robustheit und einem besseren Schutz der Kundendaten f√ľhrt. Schlie√ülich wird es durch die Ver√§nderung der digitalen Landschaft einfacher, Systeme mit neuen Funktionen oder Systemsoftware im laufenden Betrieb zu aktualisieren, √§hnlich wie Smartphones und andere Ger√§te √ľber Apps aktualisiert werden.

Warum Smart Grids Verteiltransformatoren benötigen

Eines von vielen Beispielen, bei denen unser Web of Systems Vorteile bietet, sind Smart Grids. Bis vor wenigen Jahren waren die Stromnetze streng hierarchisch organisiert. Aber heute sind sie zu dezentralen Systemen geworden. Photovoltaikanlagen und andere erneuerbare Energiequellen speisen Strom ungeregelt und schwankend in das Netz ein, und zwar auf Spannungsebenen, die bisher nur f√ľr Verbraucher und nicht f√ľr Generatoren galten. Im schlimmsten Fall kann dies ein Gitter instabil machen.

Daher muss den Gittern die F√§higkeit gegeben werden, dieser sich wandelnden Umgebung entgegenzuwirken. Eine Komponente hierbei sind Verteilungstransformatoren, die sich unabh√§ngig und kooperativ anpassen k√∂nnen, um Spannungsschwankungen in ihren lokalen Bereichen auszugleichen. Daf√ľr ben√∂tigen sie jedoch ihre eigene Intelligenz und Kommunikationsf√§higkeit - mit anderen Worten, sie m√ľssen ‚Äěintelligent‚Äú und vernetzt sein. Und hier kommt ein wichtiger Unterschied zum typischen Szenario des Internets der Dinge zum Tragen. Das Internet der Dinge ist mit der Cloud verbunden, und in der Cloud werden die Daten - beispielsweise von den Sensoren des Ger√§ts - haupts√§chlich verarbeitet. Reaktionszeiten und Zuverl√§ssigkeit sind oft zweitrangig. Aber in einem Web of Systems haben die Dinge selbst Intelligenz. Sie k√∂nnen lokal, schnell und zuverl√§ssig reagieren und gleichzeitig die Leistungsf√§higkeit der Cloud zur Optimierung nutzen.

Wie man ein Geheimnis bewahrt

Um die Vision eines Web of Systems zu verwirklichen, muss die zugeh√∂rige Software in der Lage sein, die Daten zu verstehen, um daraus intelligente Schlussfolgerungen abzuleiten. Dies ist nur m√∂glich, wenn Informationen, die die Bedeutung der Daten beschreiben, entweder bereits vorhanden sind oder daneben bereitgestellt werden. Menschliche Experten k√∂nnen auf diese Art von Herausforderung reagieren, da sie den Kontext verstehen, in den Daten eingebettet sind. Aber Software muss der Kontext explizit mitgeteilt werden. Zu diesem Kontext geh√∂ren jedoch wichtige Informationen √ľber das betreffende System und die damit verbundenen Prozesse, die in vielen F√§llen wertvolle Gesch√§ftsgeheimnisse darstellen, die ein Betreiber nur sehr ungern ungefiltert in die Cloud liefern w√ľrde. Vor diesem Hintergrund ist es besser, wenn Maschinen vor Ort selbst Schl√ľsse ziehen k√∂nnen, damit der Kontext gesch√ľtzt bleibt. Beispielsweise k√∂nnen sie bei Verteilungstransformatoren unabh√§ngig beurteilen, ob ein kritischer Netzzustand ausgeglichen werden soll oder ob sie Hilfe von einer h√∂heren Ebene ben√∂tigen, um ein hohes Ma√ü an Datenschutz zu gew√§hrleisten, indem Geheimnisse auf lokale Systeme beschr√§nkt werden.

Obwohl diese Informationen lokalisiert sind, k√∂nnen sie dennoch zur Wertsch√∂pfung genutzt werden - beispielsweise durch vorausschauende Wartung oder die Entwicklung neuer Dienste. Um diese und andere Daten aus Industrieanlagen, Z√ľgen oder Gasturbinen nutzen zu k√∂nnen, setzt Siemens auf Sinalytics. Dies ist eine neue Plattform f√ľr die industrielle Datenanalyse, die es erm√∂glicht, jedem Kunden neue digitale Dienste anzubieten. Sinalytics verarbeitet Daten von vielen verschiedenen verteilten Systemen und deren Sensoren in Echtzeit und unterst√ľtzt auch die lokale Datenverarbeitung direkt in Ger√§ten.

Der Weg zu sich selbst stabilisierenden Gittern

Ein weiterer Vorteil des Web-of-Systems-Ansatzes besteht darin, dass er die T√ľr zu einem Plattformansatz √∂ffnet, bei dem Funktionen wie Apps verteilt und installiert und auf die gleiche Weise ausgef√ľhrt werden k√∂nnen. Zum Beispiel k√∂nnen auf einfache Weise Services verteilt werden, die das Systemumfeld nicht nur f√ľr Siemens, sondern auch f√ľr seine Kunden und sogar f√ľr die eigenen Kunden attraktiver machen. In einer solchen Umgebung k√∂nnte ein Verteiltransformator beispielsweise Anwendungen f√ľr ein energieeffizientes Management der Stra√üenbeleuchtung in der Nachbarschaft ausf√ľhren. Wenn ein Update f√§llig ist oder eine neue Funktion ben√∂tigt wird, kann die Software remote hochgeladen werden.

Der Smart Distribution Transformator - eine Neuentwicklung von Siemens - wird bereits in der Praxis zur Spannungsregelung im Niederspannungsnetz eingesetzt und ist damit ein wesentlicher Bestandteil eines zuk√ľnftigen Systems, das als intelligenter Umspannwerksknoten (ISSN) bezeichnet wird. Mit seiner Rechenleistung und optionalen Kommunikationsanbindung bietet das iSSN die M√∂glichkeit, weit mehr als nur Haushalte mit der richtigen Spannung zu versorgen. Dadurch kann das Stromnetz zus√§tzliche Einspeisungen oder Lasten bew√§ltigen, ohne dass massive Infrastrukturerweiterungen erforderlich sind.

Dieses iSSN wird derzeit im Rahmen des Web of Systems-Projekts weiterentwickelt. Die Webverbindung erleichtert beispielsweise die Inbetriebnahme, Wartung und Aktualisierung erheblich. Und jede dieser Unterstationen wird eine F√ľlle von Daten liefern, die es erm√∂glichen, potenziell destabilisierende Netzbedingungen zu identifizieren, und somit ein wichtiges zus√§tzliches Instrument f√ľr die vorausschauende Planung von Stromnetzen darstellen.

Ein Verteilungstransformator ergibt jedoch nicht von alleine ein Web of Systems. Die anderen Komponenten des Stromnetzes - Z√§hler, Geb√§udeverteilungssysteme, Photovoltaikanlagen, Elektroautos - m√ľssen ebenfalls mit Sensoren, lokaler Intelligenz und Kommunikationsf√§higkeit ausgestattet sein. Das ist schon der Fall. F√ľr Siemens bedeutet dies neue M√∂glichkeiten in nahezu allen Branchen, in denen das Unternehmen t√§tig ist.

Webs von Systemen, die bereits betriebsbereit sind

Siemens nutzt Webs of Systems bereits zur Implementierung von L√∂sungen, die fr√ľher viel Engineering- oder Installationsarbeit erfordern. Ein Beispiel ist das Elektrobus-Ladesystem, das Siemens in mehreren europ√§ischen St√§dten installiert hat. Hier kommuniziert von der Buselektronik √ľber die Schnellladestation bis zum Management-Backend-System alles √ľber das Web, um den Ladevorgang zu koordinieren und zu optimieren. Ein weiteres Beispiel ist die Optimierung von Wasserverteilungsnetzen mit einem Sensornetz, das Leckagen erkennt und den Energieverbrauch der Pumpen minimiert. Ein wichtiger Punkt dabei ist, dass die Datenintegration im Kontext bestehender Steuerungssysteme stattfindet. Siemens untersucht √§hnliche Situationen in vielen anderen bestehenden Anlagen. Der Grund daf√ľr liegt auf der Hand: Kunden w√ľnschen sich die Zuverl√§ssigkeit und Flexibilit√§t, die die fortschrittlichen digitalen Systeme auszeichnen. Das Web of Systems kann der wesentliche Schl√ľssel zur Erschlie√üung dieser Vorteile sein.

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