Cloudbasierte IIoT-Plattform Digitale Geschäftsmodelle für die Gebäudeinstallation

Autor / Redakteur: Gerald Kachel* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Für Anwendungen in der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik (HVAR/R) sowie Aufzugsanlagen gibt es ein Baukastensystem für digitale und neue Geschäftsmodelle. Gegenüber konventionellen Cloud-Anwendungen bietet die IIoT-Plattform von Ziehl-Abegg spezifische Mehrwerte.

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Klimaanlagen lassen sich mit der ZAbluegalaxy vernetzen. Damit ist eine vorausschauende Wartung möglich. Mit den Daten aus der Cloud-Anwendung lassen sich wiederum neue Geschäftsmodell generieren.
Klimaanlagen lassen sich mit der ZAbluegalaxy vernetzen. Damit ist eine vorausschauende Wartung möglich. Mit den Daten aus der Cloud-Anwendung lassen sich wiederum neue Geschäftsmodell generieren.
(Bild: ElasticComputeFarm / Pixabay )

Die digitale Transformation schreitet in allen Industriebereichen rasant voran: Es wird erwartet, dass bis 2025 rund 75 Mrd. internetfähige Geräte in Betrieb sein werden. Schon bis 2023 werden ungefähr 30 Prozent des IoT-Marktes für intelligente Gebäude mit künstlicher Intelligenz ausgestattet sein. Menschen, Maschinen, Komponenten und Produkte sind dann direkt miteinander vernetzt. Den konsequenten Weg der Digitalisierung geht auch Ziehl-Abegg. Das Unternehmen entwickelt seit 100 Jahren Ventilatoren sowie Regel- und Antriebstechnik. Nach der Entwicklung der EC-Blue-Motorentechnik folgt jetzt der nächste Schritt: Die Cloud-Anwendung ZA-Bluegalaxy.

Die Cloud-Plattform ZAbluegalaxy und ihre Architektur.
Die Cloud-Plattform ZAbluegalaxy und ihre Architektur.
(Bild: Ziehl-Abegg)

Dank der smarten Komponenten, vernetzten Produkten und Dienstleistungen gelingt heute die digitale Wertschöpfung. Dabei ist das industrielle Internet der Dinge (IIoT) keine rein technologische Revolution. Vielmehr verändert es Geschäfte, die sich durch Technologien und datenbasierte Modelle entwickeln. Mit vernetzten Systemen lassen sich Informationen und Daten austauschen, sammeln, auswerten und somit intelligent aufeinander reagieren.

Bisher wurden kaum Informationen gesammelt oder in unterschiedlichen IT-Systemen verfügbar gestellt. Meist wurden die Informationen nur manuell ausgewertet. Anschließend hat man einige Abläufe angepasst, damit diese besser funktionieren. Die Digitalisierung ändert dieses Vorgehen nun grundlegend.

Sensoren und Edge-Computing

Digitale Wertschöpfung mit smarten Komponenten.
Digitale Wertschöpfung mit smarten Komponenten.
(Bild: Ziehl-Abegg)

In der modernen Industrie werden Maschinen, Komponenten und produzierte Güter mit Sensoren und intelligenten Komponenten (Systeme mit Rechenleistung) ausgerüstet und über das Internet miteinander verbunden. Sie kommunizieren ständig. Nicht nur untereinander, sondern auch mit anderen Systemen in Produktion, Vertrieb, Entwicklung oder bei Kunden und Lieferanten.

Im nächsten Schritt der Automatisierung entstehen autonome Systeme. Maschinen und Komponenten wiederholen nicht nur mithilfe einer Zentralsteuerung bestimmte Arbeitsschritte, sondern sie treffen dank KI-Algorithmen selbständig Entscheidungen. Aus einer zentralen Steuerung wird dann dezentrale Selbstoptimierung.

Die digitale Wertschöpfung mit smarten Geräten und Komponenten beruht auf folgenden Schritten:

  • 1. Geräte verbinden,
  • 2. Daten sammeln,
  • 3. Daten analysieren,
  • 4. Intelligent entscheiden (Echtzeit- und kontextbezogene Informationen),
  • 5. Künstliche Intelligenz (autonome Systeme kontinuierlich verbessern).

Die Datennutzung und der Mehrwert für den Kunden nehmen dabei Schritt für Schritt zu.

Digitaler Mehrwert und neue Geschäftsmodelle

Den Einstieg in die digitale Transformation kann ZA-Bluegalaxy bieten: Die Anwendung ist speziell für HVAC/R (Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik) sowie für Aufzugsanlagen entwickelt. Sie bietet einen schnellen und wirtschaftlichen Einstieg in die digitale Wertschöpfung und in neue Geschäftsmodelle. Alle erforderlichen Komponenten stellt das Unternehmen als externe Dienstleistung bereit. Die Anwendung basiert auf den Cloud-Diensten der Azure-Plattform von Microsoft. Sie ist hoch verfügbar und dabei skalierbar. Außerdem ist ein proaktives Konzept für Sicherheit, Compliance und Datenschutz enthalten.

Der Zugang erfolgt durch die Benutzeranmeldung über einen Webbrowser oder eine entsprechende App. Angewandt wird das Single-Sign-On-Prinzip: Der Anwender erhält Zugriff auf alle Dienste in der Cloud, für die er autorisiert ist. Die Datenkommunikation erfolgt über eine sichere Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Bei Bedarf lassen sich andere IIoT-Plattformen über eine REST-API einbinden. Damit ist ein Datenaustausch zwischen verschiedenen Cloud-Systemen oder Building-Management-Systemen möglich.

Geräte und Maschinen miteinander vernetzen

Die digitalen Mehrwerte mit der ZAbluegalaxy.
Die digitalen Mehrwerte mit der ZAbluegalaxy.
(Bild: Ziehl-Abegg)

1. Geräte verbinden und verwalten: ZA-Bluegalaxy ist eine vorkonfigurierte Cloud-Anwendung, mit der sich alle Geräte und Maschinen verbinden und übersichtlich verwalten lassen. 2. Daten sammeln und überwachen: Von den vernetzten Geräten und Maschinen werden die Sensor-gestützten Daten in Datenbanken gespeichert. Über die cloudbasierten Dienste erhält man umfangreiche Funktionen für Administration, Management und Monitoring der vernetzten Dinge. 3. Daten analysieren: Mit den gesammelten (historischen) Daten und den in Echtzeit bereitstehenden Informationen kann der Anwender umfangreiche Analysen durchführen. Mit Visualisierungen erhält man einen transparenten Überblick, um die Produktauslastung unter realen Bedingungen zu verstehen. 4. Entscheiden durch Echtzeitdaten: Die daraus generierten Erkenntnisse bieten eine neue, viel umfangreichere Entscheidungshilfe als zuvor und ermöglichen qualitativ bessere Maßnahmen. 5. Intelligent entscheiden mit künstlicher Intelligenz: In Zukunft lassen sich Anwendungen entwickeln, die mit intelligenten Algorithmen zusätzlich auf abstrakterer Ebene automatisieren: Es werden Effizienzkriterien und verschiedene Aktionsrahmen definiert. Je nach Ausgangslage wird die Aktion ausgeführt, die effizienter wirkt. Der Gerätebetrieb wird optimiert und die Gesamteffizienz steigt.

Die Cloud-Anwendung ZA-Bluegalaxy ist die Basis, auf der weitere Funktionen aufgesetzt und integriert werden können. Die Experten von Ziehl-Abegg unterstützen die Kunden und passen gemeinsam die Anwendungen auf die Gegebenheiten an. Selbst die Benutzeroberfläche lässt sich individuell gestalten.

Die IoT-fähigen Geräte und Maschinen sind standardmäßig über MODBUS (Standard BUS-Protokoll) mit einem Cloud-Gateway von Ziehl-Abegg (ZA-Cloud) verbunden. Das ZA-Cloud-Gateway wiederum bildet die Schnittstelle zu ZA-Bluegalaxy. Ein IoT-Hub ist die sichere und zuverlässige Kommunikation zwischen der IoT-Anwendung (Software) und den von ihr verwalteten IoT-Geräten. Zum Einsatz kommt das offene Nachrichtenprotokoll MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Es überträgt Telemetriedaten zwischen den Geräten; auch bei einer hohen Verzögerung oder beschränkten Netzwerken. Im Prinzip können alle IoT-fähigen Geräte mit Bus-Kommunikation mit dem ZA-Cloud-Gateway verbunden werden. Individuelle Gateways sind durch Softwareanpassung oder durch eine Rest-API-Schnittstelle möglich.

ZA-Cloud-Gateway zusammen mit EC-Blue-Geräten

Weltweite Abfragen und Kundennutzen der Cloud-Plattform.
Weltweite Abfragen und Kundennutzen der Cloud-Plattform.
(Bild: Ziehl-Abegg)

Das ZA-Cloud-Gateway ist bereits vorkonfiguriert, um sich mit der Motorentechnologie EC-Blue zu verbinden. MODBUS übermittelt alle relevanten Sensorwerte wie Temperatur, Drehzahl, Eingangsspannung, Motortemperatur und Leistungsaufnahme. Die EC-Blue-Motoren sind mit einem Hochleistungs-Dreiachsen-MEMS-Beschleunigungssensor ausgerüstet. Mit den Sensordaten lassen sich Schwingungen erfassen und Vibrations- und Unwuchtzustände erkennen. Sie weisen beispielsweise auf Verschmutzungen oder Defekte hin. Die EC-Blue-Geräte sind mit Rechenleistung ausgerüstet, um Daten dezentral zu verarbeiten (Edge Computing). Über integrierte Algorithmen, wie für vorausschauende Wartung, lassen sich dezentrale Vorhersagen zu fälligen Wartungsarbeiten oder der Lebenserwartung berechnen (Edge Analytics). Ein ZA-Cloud-Gateway kann über LAN, WLAN oder USB-LTE-Stick verbunden werden.

Zusätzlich erhält man mit App und Desktop-Version einfachen und schnellen Zugriff auf sämtliche Parameter und Funktionen der EC-Blue-Geräte (EC-Motoren, Frequenzumrichter und Regelgeräte). Die App ermöglicht eine schnellere Inbetriebnahme und Programmierung sowie Software-Updates der EC-Blue-Geräte und ist für Android und IOS erhältlich.

Mehrwert für Hersteller, Installateure und Betreiber

Durch das IIoT verändern sich Geschäftsprozesse und es verändert sich auch die Art der Kommunikation von Unternehmen. Mit den Sensor-gestützten Daten lassen sich nicht nur bestehende Funktionen und Abläufe verändern (Änderung von Wartungsintervalle durch vorausschauende Wartung), sondern es entstehen neue Geschäftsmodelle sowie neue Wertschöpfungsmöglichkeiten.

Eine durchgängige digitale Wertschöpfungskette schafft klare Vorteile: So kann ein Hersteller dank Sensor-gestützter Daten in Forschung und Entwicklung seine Produkte kontinuierlich verbessern und Entwicklungszeiten verkürzen. Das erfolgt beispielsweise mit einem digitalen Zwilling und Rückkopplungsschleifen. Über die bereitgestellten Daten und die flexibel angepassten Maßnahmen steigt die Serviceeffizienz. Kosten für Reklamationen sinken und die Anzahl an Garantiefällen wird reduziert.

Vom produktorientierten zum benutzerorientierten Denken

Selbst Installateure, OEMs und Betreiber profitieren durch eine standortübergreifende Vernetzung und die bereitgestellten Daten und Analysemöglichkeiten. Anlagen lassen sich besser verwalten und effizienter betreiben. Anwender können Betriebsdaten in Echtzeit visualisieren und auswerten. Mögliche Optimierungen werden sichtbar. Das führt dazu, dass Maschinen und Anlagen höher verfügbar sind, optimal genutzt sowie effizient Instand gehalten werden. ZA-Bluegalaxy ermöglicht und unterstützt proaktive Dienstleistungen. Auf Grundlage der gewonnen Daten lassen sich neue Geschäftsmodelle entwickeln. Beispielsweise sind Servicedienste mit nutzungsabhängigen Bezahlmodellen möglich.

Intelligente Geräte, wie die EC-Blue-Motoren, interagieren mit ZA-Bluegalaxy. Durch die Abfrage der Sensorwerte lassen sich Anlagen aus der Ferne überwachen, um automatisch Warnungen und Aktionen auszulösen. Dabei kann es sich um Ferndiagnosen bis hin zu Wartungsanforderungen und der Benachrichtigung des Servicepersonals via E-Mail, SMS oder Push-Nachrichten handeln. Durch die automatisierte Echtzeitüberwachung des Betriebsverhaltens der Geräte, Maschinen und Prozesse und kontextbezogene Informationen ist eine vorausschauende und optimierte Wartung möglich.

Ebenso können Störungen und Anomalien früher erkannt und beseitigt werden. Mit solchen Frühwarnsystemen können Stillstandszeiten verkürzt werden. Wartungs- und Servicepersonal kann effektiver eingeplant werden, wodurch geringere Betriebs- und Reparaturkosten entstehen und das Risiko von unvorhergesehenen Schäden vermindert wird. Das Wissen über kritische Daten führt so zu einer erhöhten Anlageneffizienz und einer Verbesserung der Produktionsergebnisse.

Präzisere Vorhersagen, Analysen und der Datenschutz

Durch die Konzentration von ZA-Bluegalaxy auf die HVAC/R und die Aufzugbranche sind präzisere Vorhersagen und Analysen möglich als durch herkömmliche Cloud-Anwendungen. Mit Azure Time Insights steht ein vollständig verwalteter Analyse-, Speicher- und Visualisieungsdienst bereit, mit dem sich alle Ereignisse gleichzeitig untersuchen und analysieren lassen. Interaktive Analysen sind mit IoT-Echtzeitdaten und historischen IoT-Daten möglich. Damit lassen sich bessere Entscheidungen treffen.

Ziehl-Abegg verwendet die gewonnenen Geräte- und Maschinendaten aus ZA-Bluegalaxy, um Softwareanwendungen und Produkte zu analysieren und zu optimieren. Die Daten bleiben dabei stets im Besitz des jeweiligen Geräte- und Maschinenbesitzers. Azure von Microsoft ist in der europäischen Public Cloud installiert. Damit sind umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen und Sicherheitsmaßnahmen garantiert. Die Datenübertragung zwischen der Cloud und den Gateways erfolgt verschlüsselt. Der Mindeststandard ist eine TLS-Verschlüsselung (verschlüsselt mit https und SSL). Dabei haben ausschließlich am IoT-Hub registrierte Gateways Zugang und können Daten senden und empfangen. Die Speicherung der Daten erfolgt auf verschlüsselten Medien.

Ziehl-Abegg verwendet eine eigene sichere Hardware- und Gateway-Architektur und zieht bei Bedarf zusätzliche Security-Experten für Embedded-Software-Systeme hinzu. Außerdem bietet das Unternehmen eine sichere Verschlüsselung für die Bluetooth-Kommunikation. Die Verbindung zwischen App und den EC-Motoren sowie Frequenzumrichtern ist zusätzlich durch Abfrage der Seriennummer und einer PIN geschützt.

Die Vorteile der Cloud-Anwendung im Überblick

  • Anwendung speziell für HVAC-R und Aufzugsanlagen entwickelt
  • Cloud-Dienste basieren auf Microsoft Azure-Plattform
  • Hochsichere Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
  • Umfangreiche Analysefunktionen
  • Maschinendaten in Echtzeit visualisieren
  • Operations- und Anlageneffizienz durch mehr Transparenz verbessern
  • Längere Laufzeiten und erhöhte Zuverlässigkeit von Geräten und Anlagen durch optimierte, vorausschauende Wartung und Instandhaltung
  • Integriertes Alarmmanagement
  • Umfangreiche Funktionen zur Geräteverwaltung und zum Gerätemanagement
  • Digitaler Mehrwert durch Kombination mit Ziehl-Abeg EC-Motoren, Frequenzumrichter und Regelgeräten
  • Individuell anpassbar
  • Unterstützung von Ziehl-Abegg

* Gerald Kachel arbeitet als Autor für technische Kommunkation.

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