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IIoT Edge Computing: Hardware am Rande mit GPIO steuern

Digi International Digi International
10. Mai 2019
Tools, Strategien und Anwendungen für die Integration von Edge-Daten in Geschäftssysteme sind ein heißes Thema. Wie entlasten Sie Ihr Netzwerk von Stress und Rechenressourcen, ermöglichen eine effizientere Datenintegration und verbessern die Effizienz von Transaktionen und Datentransfer? Wie können Sie Rechenressourcen dort einsetzen, wo sie am effektivsten Ergebnisse liefern? Das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) erfordert optimierte Lösungen zur Verwaltung dezentraler Rechenressourcen und zur Maximierung des Nutzens der von ihnen erzeugten Daten.

In diesem Beitrag untersuchen wir einige Anwendungsbeispiele für die IIoT-Datenintegration unter Einbeziehung des Digi WR31 Mobilfunk Routers, der ein Mitglied der Digi Industrie-Router Produktlinie.

Wir stellen den Digi WR31 Industrial Router vor

Der Digi WR31 ist ein klassenbester Mobilfunk Router, der für die kritischen Anforderungen von Branchen wie Öl und Gas und Versorgungsunternehmen - insbesondere der Energieversorgung - entwickelt wurde. Dieses hochbelastbare Gerät ist mit extremer Temperaturtoleranz gebaut und verfügt über alle Funktionen für Sicherheit, Fernverwaltung und Zuverlässigkeit, die Kunden von Digi-Hardwareprodukten erwarten.
 
Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal des Digi WR31 ist das Vorhandensein von On-Board General Purpose Input/Output (GPIO) in Form von zwei digitalen E/A-Schnittstellen und einem analogen Eingang. Mit GPIO können Benutzer Aufgaben wie das Ablesen von analogen Sensoren und die Fernsteuerung von angeschlossenen Geräten wie Pumpen und Generatoren durchführen.

Digi WR31 GPIO Pin-Beschreibungen

Industrial IoT Anwendungsfälle für Edge Computing

Viele Kunden von Digi haben sehr anspruchsvolle Anwendungen, die unter extremen Bedingungen arbeiten, wie z. B. im Bergbau oder in der Öl- und Gasindustrie, die einer Reihe von Umweltbedingungen ausgesetzt sind. Hier sind zwei solcher Beispiele.

Anwendungsfall Öl und Gas

In diesem Beispiel ist der Kunde ein Öl- und Gasunternehmen, das die Digi WR31 On-Board-Digital-E/A nutzt. Die Anwendung des Unternehmens umfasst ein privates Funkkommunikationsnetz.

Das private Funknetz friert gelegentlich ein und reagiert unter bestimmten Umständen nicht mehr, und die Kosten für die Entsendung einer Ressource vor Ort, um das System wieder mit Strom zu versorgen, sind erheblich. Dieser Kunde hat das Problem gelöst, indem er Digi WR31-Router an jedem Funkgerätestandort platziert und ein Inline-Relais an den Digital-Ausgang angeschlossen hat, um die Stromversorgung der privaten Funkgeräte zu unterbrechen/wieder zu aktivieren. Wenn ein Funkgerät nicht mehr reagiert, kann der Kunde nun einen Befehl an den digitalen E/A des Digi WR31 senden, der die Stromversorgung des privaten Funkgeräts unterbricht und es dann wieder einschaltet, was zu einem harten System-Reset führt. Diese Lösung vermeidet wiederholte LKW-Transporte zu zahlreichen entfernten Standorten pro Jahr, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

Anwendungsfall Energieversorgungsunternehmen

Ein weiteres Kundenbeispiel betrifft ein großes Energieversorgungsunternehmen, das Digi WR31-Router im gesamten intelligenten Stromnetz installiert und die integrierte serielle Verbindung zur Überwachung von Wiedereinschaltern (Leistungsschaltern im Stromnetz) nutzt, um ein hohes Maß an Stromzuverlässigkeit für mehr als vier Millionen Kunden zu gewährleisten. Der Digi WR31 wird im Außenbereich in einem Versorgungskasten installiert, der auch ein Batterie-Backup enthält, so dass der Kunde beide digitalen Schnittstellen des WR31 als Eingänge nutzt, um zwei Bedingungen zu überwachen:

  • Hausanschlusskastentür öffnet oder schließt sich
  • Router-Eingangsleistung schaltet von Netzstrom auf Batterie um
Jedes Mal, wenn eine der oben genannten Bedingungen ausgelöst oder zurückgesetzt wird, wird das Auftreten in einer Protokolldatei mit einem Zeitstempel zur weiteren Überprüfung und Analyse durch einen Unternehmensadministrator vermerkt. Die Bedingungserkennung und -protokollierung wird durch die Verwendung eines einfachen Python-Programms erreicht, das direkt auf dem Router läuft. Die Kombination aus einer On-Board-Programmierumgebung und GPIO ermöglicht es dem Kunden, zusätzliche Hardware zu eliminieren und gleichzeitig eine Komplettlösung am Edge zu liefern.

Konnektivität zu Cloud-Anwendungen im Industrial IoT

Die Öl- und Gasindustrie durchläuft derzeit einen Paradigmenwechsel. Einige der größten Akteure setzen aktiv auf gehostete Infrastrukturen wie Amazons AWS-Plattform und Microsoft Azure, nachdem sie jahrelang auf On-Premise-Lösungen vertraut haben. Dies geschieht, weil die Sicherheits- und Datenhaltungsmodelle auf diesen Plattformen nun die Bedürfnisse der Kunden erfüllen.

Gleichzeitig Digi Remote Manager® bei diesen Kunden aus ähnlichen Gründen immer beliebter.
 
Neben der zentralen Geräteverwaltung bietet Digi Remote Manager (DRM) eine umfassende Anwendungsprogrammierschnittstelle (API), die die Integration bidirektionaler Gerätedaten in andere Plattformen für eine Reihe von Zwecken erleichtert. Diese können umfassen:
  • Prozess-Workflow auslösen
  • Senden von Befehlen an Geräte im Feld
  • Entwickeln von benutzerdefinierten Berichten
Die Daten können sowohl über Pull- als auch über Push-Methoden ausgelagert werden, was auf Wunsch eine nahezu sofortige Darstellung ermöglicht.
 

Digi Remote Manager und Microsoft Flow

Im Folgenden finden Sie ein Teilbeispiel für die DRM-Datenintegration mit Microsoft Flow. Dieser Workflow nutzt die Alarm-Engine von DRM in Verbindung mit dem Daten-Push-Mechanismus der API. Jedes Mal, wenn ein Gerätedatenalarm für ein bestimmtes DRM-Konto ausgelöst wird, werden alle relevanten Informationen des Alarms als JSON-Payload an Microsoft Flow gesendet, einschließlich Alarm-ID, Alarmstatus, DataStream, der den Alarm auslöst, und so weiter. Microsoft Flow gleicht dann die Alarm-ID mit der entsprechenden Aktion ab, die erfolgen muss - einschließlich des Sendens eines Befehls an ein Digi WR31 zur Aktivierung von GPIO:
Stromüberwachung Fluss

Zusammenfassung

Die Verfügbarkeit von GPIO und einer Python-Programmierumgebung auf dem Digi WR31 ermöglicht es dem Gerät, ähnlich wie eine Remote Terminal Unit (RTU) zu funktionieren, während es gleichzeitig den Wert eines wirklich industrietauglichen Mobilfunk Routers mit automatischer Dual-Mobilfunk Failover-Fähigkeit bietet.

Die Erweiterung dieser Fähigkeiten durch die Externalisierung von Daten mittels der Digi Remote Manager API auf Plattformen wie AWS und Azure ermöglicht es einer kleinen Gruppe oder sogar einer einzelnen Person, leistungsfähige Lösungen schneller und effizienter zu entwickeln als ein ganzes Entwicklungsteam.

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