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Wandel in der Produktentwicklung
IOT2000 – Gateways: Einsatz in der Ausbildung und im industriellen Umfeld

Begriffe wie „Industrie 4.0“ oder „Internet der Dinge“ charakterisieren den – durch den breiten Einsatz von Informationstechnologien bedingten – Wandel in allen Lebensbereichen nur recht unscharf. Doch dieser Wandel ist in vollem Gange und wird nicht zuletzt anhand neuer Produkte sichtbar. Nicht ganz so offensichtlich, aber von gleicher oder gar größerer Bedeutung, ist der Wandel bei der Produktentwicklung.

IOT2000 – für Ausbildung, Studium und den industriellen Einsatz (Bild: Siemens)

Angebote wie der Minirechner Raspberry Pi oder der Einplatinen-Mikrokontroller Arduino haben nicht nur in der Ausbildung und in der Bastlerszene vielfältige Anwendung gefunden, sondern werden auch zunehmend bei der Erzeugnisentwicklung genutzt.

Das diesen Angeboten zugrunde liegende Open-Source-Konzept macht eine solche Vorgehensweise möglich. Zunächst haben vor allem kleine Technologiefirmen und ausgesprochene Startups diesen Weg gewählt. Inzwischen haben die Großen der Branche die Vorzüge dieser Vorgehensweise entdeckt – und perfektioniert. Die von Siemens unter der Bezeichnung SIMATIC IOT2000 [1] angebotenen Gateways sind hierfür ein hervorragendes Beispiel. Man kann davon ausgehen, dass diese Gerätekategorie nicht zufällig gewählt wurde. Gateways sind bei der Umsetzung moderner Automatisierungskonzepte die zentralen Elemente. Überall dort, wo es darum geht, Office-IT mit der Fertigung zu verbinden, Daten in der Cloud zu sammeln und/oder Automatisierungsfunktionen dorthin zu verlagern, sind Gateways absolut unverzichtbar (Bild 1). Im Unterschied zu dem speziell auf die Nutzung der Siemens-Cloud Mindsphere und der SAP-Software ausgerichteten Gateways Mindconnect Nano kann der Anwender auf der Basis von IOT2000-Geräten jeden beliebigen Netzwerkspeicher nutzen. Über den Weg einer selbstgewählten Cloud lassen sich eigenständige Lösungen entwickeln.

Gerätetechnik

Unter der Bezeichnung IOT2000 bietet Siemens gleich zwei Geräte innerhalb der SIMATIC-Produktlinie (Titelbild). Die Geräte werden in einem robusten Industriegehäuse geliefert. Sie sind für eine Montage auf der Hutschiene vorgesehen, können aber auch mittels Laschen direkt an einer Wand montiert werden. Beide Geräte werden als Gateways bezeichnet.

Ein Blick auf die wichtigsten Daten macht die Tatsache offenbar, dass zwischen beiden Geräten – zumindest hardwareseitig – nur vergleichsweise geringe Unterschiede bestehen (Bild 3). Damit stellt sich die Frage, warum werden überhaupt zwei Geräte angeboten? Die Antwort auf die Frage findet man – wenn auch nur zum Teil – durch einen etwas genaueren Blick auf die Ausstattung der Geräte. Beide Geräte sind Arduino-kompatibel. Aber statt eines Arduinos haben sich die Entwickler für einen etwas leistungsfähigeren Klon, den Intel Galileo entschieden. Dieser wurde gleich in zwei Varianten mit unterschiedlichem Leistungsvermögen realisiert. Zur Programmierung können alle für den Arduino entwickelten und vielfach frei verfügbaren Programmierwerkzeuge genutzt werden [2]. Gleiches gilt für die breite Palette an verfügbaren Erweiterungen (Shields) und der dazu erstellten Anwendungsprogramme (Sketches).

IOT2020 – 
Ausbildung und Studium

Das IOT2020-Gateway ist ausdrücklich für den Einsatz in der Ausbildung konzipiert worden. Es bietet eine Open-Source-Plattform für die Ausbildung in der Hochsprachenprogrammierung. Das Gerät kann ausschließlich über den Elektronik-, Automations- und Steuerungselemente-Händler RS-Components bezogen werden. Nach den Vorstellungen der Entwickler sollen die Geräte aber nicht nur in der Programmierausbildung Verwendung finden, sondern im Rahmen von Projekt- und Forschungsarbeiten eingesetzt werden, beispielweise zur

  • Cyber-Sicherheit,
  • Cloud-Technologie oder zum
  • Smart Engineering.

Damit ist das Gerät nicht nur ein Angebot für Ausbildungs- und Studieneinrichtungen im Bereich der Elektrotechnik und Informatik, sondern kann zur Ausbildung angehender Mechatroniker, Automatisierungstechniker, Maschinenbauer usw. genutzt werden. Das Gerät ist aber auch für den industriellen Dauereinsatz geeignet.

IOT2040 – industrieller Einsatz

Im Unterschied zum IOT2020 ist das IOT2040-Gateway ausdrücklich für einen industriellen Einsatz entworfen worden. Das IOT2040 verfügt über einen

  • leistungsstärkeren Prozessor,
  • 1-GB-RAM,
  • eine batteriegepufferte Echtzeituhr sowie
  • zwei serielle Anschlüsse (RS232/422/485) zur Anbindung von Peripherie. 

Darüber hinaus verfügt das Gerät über zwei Ethernetanschlüsse. Der verwendete Prozessor ermöglicht ein sicheres Booten des Systems. Das Gerät ist als Verbindungglied zwischen dem Produktionsprozess und der Cloud-basierten Datenanalyse gedacht. Über die verschiedenen Schnittstellen (RS232/422/
485, RJ45 usw.) können vielfältige Prozessanbindungen erfolgen. Auf diesem Wege lassen sich bereits bestehende Anlagen in die Unternehmens-IT einbinden. Der Informationsfluss zwischen Produktionsprozess und IT kann dabei in beide Richtungen erfolgen.

Erweiterungen

Das IOT2020 kann über die auf der Platine befindlichen Buchsenleisten durch das Aufstecken von Komponenten – sogenannten Shields – erweitert werden. Hier gibt es aktuell eine nahezu unübersehbare Fülle von Angeboten. Dieser Weg steht beim IOT2040 auch offen, hat aber aus mechanischen Gründen, aus Gründen der Sicherheit usw. seine Grenzen. Daher verfügt das IOT2040 über herausgeführte Steckverbinder (RS232/422/485 und 2 x RJ45) zum Anschluss von Peripherie. Über diesen Weg kann dann eine An-/Einbindung an/in den Prozess erfolgen. Eine weitere Möglichkeit bietet bei beiden Geräten der Mini-PCIe-Slot.

Software und Hilfen

Die IOT2000-Gateways können mit dem ebenfalls frei verfügbaren Linux-Klon Yocto betrieben werden. Neben der Arduino-IDE sind über diesen Weg eine Fülle von – zumeist freien – Entwicklungswerkzeugen nutzbar. Damit können nicht nur Projekte in den Hochsprachen C und C++ realisiert werden, sondern es lassen sich darüber hinaus Sprachen wie Phyton und Java bis hin zur visuellen Programmiersprache Node-Red nutzen. Im Web gibt es dazu unzählige Info-Angebote und Foren. Seitens des Herstellers wird mit dem IOT2000-Forum [3] ein ganz spezielles Informationsangebot bereitgestellt. In der Form eines interaktiven Online-Forums werden diverse Dokumente und Videos für den Einstieg in erste Projekte und Applikationen bereitgestellt. Desweiteren findet man dort aber auch ein Yocto-Linux-Image zum Download sowie Links auf Entwicklungsumgebungen, wie etwa die Intel-System-Studio-IOT-Edition.

Fazit

IOT2000 ist ein faszinierendes Angebot – welches sicher „Schule machen“ wird. Das IOT2040-Gateway ist vor allem auf die Bedürfnisse von Industriekunden ausgerichtet und das IOT2020-Gateway schließt die Lücke zwischen Arduino-basierten Bastellösungen und ausgereiften Industrieprodukten. Wegen der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Technik sind beide Geräte weit über den Einsatz als Gateway hinaus nutzbar. Entsprechende Angebote werden sicher nicht lange auf sich warten lassen.

Autor: H Möbius

Literatur:

[1] Informationen, Datenblätter und Montageanleitungen zu SIMATIC IOT2000 auf www.siemens.de/iot2000.

[2] Möbus, H.: Arduino, Genuino und mehr. Elektropraktiker Berlin 70(2016)4, LERNEN & KÖNNEN, S. 10–11.

[3] IOT2000-Forum auf www.siemens.de/iot2000-forum.n

 

Den Artikel lesen Sie in unserem Facharchiv.

Bild 1 - oben rechts: Gateways – zentrale Komponenten bei der Umsetzung moderner Automatisierungslösungen (Bild: Siemens)

Bild 2 = Titelbild: (2) IOT2000 – für Ausbildung, Studium und den industriellen Einsatz (Bild: Siemens)

Bild 3 - unten links: Ausgewählte Kenndaten der IOT2000-Gateways (Bild: ep)

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