Wir von Record Evolution wollen es Industrieunternehmen ermöglichen, die Daten von jeder Maschine oder jedem Gerät zu analysieren. Wir wollen, dass Industrieunternehmen ihre Altgeräte weiterhin nutzen können. Aber noch mehr wollen wir, dass Industrieunternehmen in der Lage sind, jedes Gerät für das Internet der Dinge tauglich zu machen, auch generationsübergreifende Maschinen und IoT-Geräte verschiedener Hersteller.
Deshalb haben wir eine IoT-Entwicklungsplattform geschaffen, die mit jeder Maschine kompatibel ist. Nachrüstungen werden einfach und zugänglich. Die Arbeit mit heterogenen Systemen oder in Brownfield-Umgebungen ist nicht mehr das Dilemma, das es früher war. Dank der Container-Technologien sind wir in der Lage, eine IoT-Entwicklungsplattform anzubieten, die wirklich hardwareunabhängig ist.
Um zu veranschaulichen, wie das alles zusammenhängt, haben wir diesen kurzen Artikel vorbereitet. Im Folgenden sehen Sie, wie wir einen selbstgebauten Vakuumpumpen-Prototyp (unser Brownfield-Gerät) an die Record Evolution-Plattform anschließen, eine Datenerfassungs-App aus dem IoT-App-Store auf dem Gerät installieren und eine Analyseumgebung (Daten-Pods) einrichten, in der Sie Ihre eingehenden Daten laden, analysieren und visualisieren können.
Dies umfasst die folgenden Meilensteine:
- Anschließen der Vakuumpumpe an einen Raspberry Pi, der als IoT-Gerät dient;
- Hinzufügen des IoT-Geräts zu einem Geräte-Schwarm und Verbinden mit der IoT-Plattform unter Verwendung des Record Evolution Reflasher;
- Verwendung der Cloud-IDE zum Erstellen einer Datensammler-IoT-App ODER Verwendung des IoT-App-Stores der Plattform, um eine fertige Datensammler-IoT-App abzurufen und auf dem Gerät zu installieren;
- Streamen der eingehenden Daten in einen Datenpod;
- Analysieren der Daten und Visualisieren der Ergebnisse mithilfe des Infografik-Panels des Datenpods.
Skizzieren des Prototyps und Definieren seiner Fähigkeiten
In diesem Abschnitt stellen wir Ihnen die ersten Skizzen vor, die zum Bau des Prototyps mit einer Vakuumpumpe verwendet wurden. Die Modellskizze der Vakuumpumpe beinhaltet Sensoren, Raspberry Pi und eine Vakuumglocke, aus der die Luft abgesaugt werden soll. Der Prototyp musste klein und transportabel sein, mit verschiedenen Sensoren, deren Messwerte aufgezeichnet und an die Record Evolution Plattform übertragen werden.
Der Prototyp wurde unter Verwendung dieses Basisdesigns gebaut:
Der Prototyp wird von einer 12-V-Batterie gespeist und ist mit verschiedenen Sensoren ausgestattet. Diese Sensoren messen Vakuum, Motordrehzahl, Strom, Spannung, Umgebungs- und Motortemperatur. Die Sensordaten werden gesammelt und an die Record Evolution Plattform gesendet, um sie zu analysieren und zu visualisieren.
Erste Schritte: Aufbau des Prototyps
Lassen Sie uns also einen Blick darauf werfen, wie der Prototyp gebaut wurde. Im Folgenden finden Sie einige Schnappschüsse aus dem Prozess:
Sensoren, Pumpe & Raspberry Pi
Auf der Oberseite des Prototyps sind die Sensoren für das Vakuum, die Motortemperatur und die Umgebungstemperatur angebracht.
Die Steuerung für das Magnetventil, die Lampe zur Anzeige von Störungen sowie die Sensorik zur Messung des Stroms, der Spannung und die Auswerteelektronik für die Drehzahl befinden sich auf einer Platine auf der Unterseite des Prototyps.
Die Kommunikation mit dem Raspberry Pi erfolgt über den I2C-Bus unter Verwendung von GPIO-Pins. Unser Raspberry Pi sendet die Daten an die Record Evolution Plattform, wo sie in der Rohtabelle eines Datenpods gespeichert werden.
Die Spannungsquelle
Es wurde eine ungefährliche Spannungsquelle benötigt: eine AGM-Motorradbatterie, transportabel, kombiniert mit einem kleinen Konstantspannungsnetzteil.
Der Gesamtaufbau
Unterhalb der Vakuumglocke befindet sich ein Kunststoffblock, der auf kleinen Pads montiert ist. Der Block reduziert das Luftvolumen in der Glocke. Dadurch werden schneller höhere Vakua erzeugt. Gleichzeitig dient die Oberfläche des Kunststoffblocks auch als Präsentationstisch. Kleine Pads an der Unterseite des Kunststoffblocks sorgen für den nötigen Abstand zur Grundplatte, damit die Luft im Inneren der Glocke abgesaugt werden kann.
Ein manuelles Manometer ermöglicht dem Bediener die Überprüfung des gemessenen Vakuums.
Ein Ablassventil an der Unterseite der Grundplatte kann verwendet werden, um einen Ausfall der Pumpe zu simulieren. Dank der installierten IoT-App schaltet die App im Falle einer Störung die Fehlerleuchte ein und stoppt die Pumpe. Die App bleibt jedoch eingeschaltet. Die Pumpe kann nach Beseitigung des Fehlers neu gestartet werden.
Die Pumpe selbst wird über einen Motorcontroller gesteuert. Die anfängliche Relais-Lösung wurde verworfen, weil ein Relais bei jedem Schaltvorgang Geräusche verursacht.
Verbindung mit der Plattform und Erstellen der IoT-App
Als Nächstes müssen wir die Grundlage für den Zugriff und die Steuerung des Geräts über die Record Evolution-Plattform mithilfe einer einfachen Internetverbindung schaffen.
Um den Vorgang nachzuvollziehen, melden Sie bei der Plattform an.
Einen Geräteschwarm bilden und eine Verbindung herstellen
Gehen Sie auf Ihrer Homepage auf der Plattform zu Geräte, um den Geräteschwarm zu finden, der die Vakuumpumpe enthält. Verwenden Sie die Suchoption auf der linken Seite, um zum Geräteschwarm namens Prototyp zu gelangen:
Finden Sie das Vakuumpumpengerät im Geräteschwarm Prototyp.
Um Ihren eigenen Schwarm zu erstellen, gehen Sie zu Geräte und klicken Sie auf Schwarm hinzufügen.
Ein Schwarm ist Ihre grundlegende, kompakte, vollständig autonome IoT-Geräteverwaltungsumgebung auf der Record Evolution Plattform. Ein Schwarm besteht aus einer Anzahl von IoT-Geräten, allen Geräte- und Gerätegruppeneinstellungen sowie der für die Assets dieses Schwarms spezifischen Berechtigungsstruktur.
Um ein neues Gerät hinzuzufügen, betreten Sie Ihren neu erstellten Schwarm und wählen Sie im Menü Neues Gerät. Der erste Schritt besteht darin, ein virtuelles Gerät auf der Plattform zu erstellen:
Um Ihr physisches Gerät mit dem notwendigen System und der Konfiguration für die Plattform auszustatten, müssen Sie eine individuelle SD-Karte für dieses Gerät vorbereiten.
Die Reflasher-App
Laden Sie dazu den Record Evolution Reflasher herunter. Dies ist unsere Desktop-App, mit der Sie bootfähige konfigurierte Flash-Laufwerke erstellen können, und ist für Windows, Linux und macOS verfügbar. Wenn Sie ein Gerät zum ersten Mal hinzufügen, lösen Sie einen automatischen Download des Reflasher aus.
Das ist alles, was Sie brauchen, um loszulegen:
- Eine Internetverbindung;
- Eine SD-Karte;
- Ein Gerät wie den Raspberry Pi (oder ein anderes Docker-fähiges Gerät);
- Einen Windows-, Linux- oder einen Mac-Computer.
Installieren Sie nun die App auf Ihrem Computer und folgen Sie einfach den Anweisungen, um den Flash-Prozess zu durchlaufen. Klicken Sie auf Flash / Flash All, um fortzufahren. Mit der App können Sie mehrere Geräte auf einmal flashen und konfigurieren:
Entfernen Sie anschließend die SD-Karte aus dem Kartenleser. Stecken Sie die SD-Karte in Ihr Gerät (in diesem Fall den Raspberry Pi 4) und schalten Sie das Gerät ein:
Nachdem das Gerät erfolgreich von der geflashten SD-Karte gebootet hat, versucht es, sich mit der Plattform zu verbinden. Das Verbinden kann nach dem allerersten Booten Ihres Geräts einige Minuten dauern. Gehen Sie zu Ihrem Schwarm und sehen Sie, ob das Gerätesymbol grün geworden ist. Wenn ja, bedeutet das, dass Ihr Gerät online ist.
Auf der Plattform können Sie sich mit jedem Docker-fähigen Gerät von jedem Standort aus über eine einfache Internetverbindung verbinden. Wie Sie ein IoT-Gerät verbinden können, erfahren Sie hier.
Um mehr über den Record Evolution Reflasher zu erfahren, lesen Sie hier.
Aufbau der IoT-App
Als Nächstes brauchen wir eine IoT-App, die der Pumpe sagt, was sie tun soll, den Pumpenzustand beobachtet, Warnungs-E-Mails verschickt, die Daten der Sensoren ausliest und an die Plattform sendet. Um das zu erreichen, können Sie eigentlich Ihre eigene App in der Cloud-IDE erstellen. Gehen Sie zu App Studio und klicken Sie auf IoT App erstellen, um zu beginnen.
Innerhalb des Plattform-Ökosystems ist eine App eine IoT-Anwendung, die sich in der Entwicklung befindet, zusammen mit ihrer gesamten Update-Historie. Sie erstellen Apps in der integrierten Entwicklungsumgebung mit einer beliebigen Programmiersprache.
Außerdem können Sie eine öffentlich verfügbare IoT-App erhalten und diese als App-Vorlage verwenden, um darauf aufzubauen, sie an Ihre Bedürfnisse anzupassen und zu verbessern. Das App Studio der Plattform enthält bereits die App Prototyp-Vakuumpumpe:
Klicken Sie auf Entwicklen, um auf die Cloud-IDE zuzugreifen und den Code anzuzeigen:
Oder: Eine vorgefertigte IoT App verwenden
Alternativ können Sie auch einfach in den IoT-App-Store gehen und die vorgefertigte App Prototyp-Vakuumpumpe verwenden. Die auf dem Gerät zu installierende App ist bereits im frei zugänglichen Record Evolution IoT-App-Store angelegt und kann abgerufen werden.
Diese App dient zwei Zwecken. Sie steuert die Einstellung der Pumpe und überwacht die Notfallgrenzwerte, außerdem liest und sendet sie Daten von den Sensoren.
Je nach Ihren Zugriffsrechten können Sie entweder in der Cloud-IDE mitentwickeln oder einfach die vorgefertigte App-Vorlage verwenden, ohne Änderungen vorzunehmen.
Hier ist also die App, die die Werte der verschiedenen an der Vakuumpumpe angebrachten Sensoren ausliest und an den Daten-Pod überträgt:
Sobald die App im IoT-App-Store veröffentlicht ist, kann sie auf jedem Gerät installiert werden, das mit der Plattform verbunden ist. Sie erhalten eine kleine Readme-Datei, Anweisungen zum Erstellen des Quellcodes und zum Veröffentlichen der App.
Klicken Sie auf Installieren, um ein Gerät auszuwählen:
Sie werden schnell wieder zu Ihrem Geräteschwarm zurückgeleitet, von wo aus Sie die Einstellungen verwalten können.
Wie das alles zusammenhängt
Wir melden uns an und gehen in den Geräteschwarm, um die Vakuumpumpe zu überprüfen. Das Gerätesymbol befindet sich auf der linken Seite des Bildschirms. Wenn es grün leuchtet, ist das Gerät online.
Um IoT-Apps auf dem Gerät zu installieren, gehen wir in den Record Evolution App Store:
Suchen Sie die benötigten Apps und klicken Sie auf Installieren. Wir installieren die Vakuumpumpen-App und die GPS-Reader-App.
Verwenden Sie die Schaltfläche Verlauf, um schnell zum Gerät zurückzukehren und zu sehen, ob die Apps auf dem Gerät installiert wurden.
Lassen Sie uns nun versuchen, das Gerät ein- und auszuschalten. Wenn sich ein GPS-Sensor an Ihrem Gerät befindet, wissen Sie immer, wo sich Ihr Gerät befindet.
Außerdem können die gesammelten Daten auch an die Plattform gesendet werden, wo sie in der Rohtabelle eines Datenpods gespeichert werden. Gehen Sie dazu zu den Datenpods:
Die Rohdaten
Suchen Sie den Datenpod, der bereits die von der Vakuumpumpe kommenden IoT-Daten sammelt. Innerhalb der Plattform werden die eingehenden Daten weiterverarbeitet, um Ihnen Live-Kennlinien im Browser anzuzeigen.
Sie und Ihr Team können von überall aus zur gleichen Zeit beobachten.
Alle Daten werden in einer zugänglichen Art und Weise gespeichert, um sie mit komplexer Signalverarbeitung oder sogar maschinellen Lernen weiter zu analysieren. Auf der Plattform können verschiedene Teams Milliarden von Zeilen verarbeiten. Zudem verfügen die Data Pods über eingebaute Tools, die es ermöglichen, alle klassischen Data-Warehousing-Funktionen direkt im Data Studio der Plattform zu nutzen. Gleichzeitig gibt es verschiedene Dienste, die das klassische Data Warehouse ergänzen, wie z. B. eingebaute Data-Science-Workbooks mit Python, SQL und Markdown-Karten.
Wir gehen in den Data Pod und starten ihn. Gehen Sie in das Panel Rohdaten. In der Rohtabelle sehen Sie, wie Messdaten von der Vakuumpumpe eingehen:
Wenn das Gerät z. B. zu laut ist, können Sie es einschalten, beobachten, was die Kurven zeigen und ggf. eingreifen. Wenn der Pumpenmotor zu heiß wird, können Sie die Pausenzeiten erhöhen oder das Soll-Vakuum reduzieren und gleichzeitig eine E-Mail an die Werkstatt senden, damit diese u. a. Ersatzteile bestellen kann.
Die Infografiken
Im Analyse-Panel des Daten-Pods können Sie die Infografiken sehen, die Sie mit den Daten aus den Rohtabellen erstellen. Bei diesen Infografiken handelt es sich um Mini-Webanwendungen, die Sie so gestalten können, dass sie genau das zeigen, was Sie beobachten möchten, und die als direkt zugängliches Dashboard für Ihr Team freigegeben werden können:
Wenn ein Grenzwert überschritten wird, stoppt die Pumpe. Die IoT-App sendet Ihnen eine E-Mail über den Fehler. Auf diese Weise können Sie den Grund für den Fehler erkennen, die richtigen Maßnahmen ergreifen und die Pumpe gegebenenfalls neu starten.
Fazit und Ausblick
So kommt alles zusammen. Wir bauten einen Prototyp von Grund auf, statteten ihn mit Sensoren aus, die verschiedene Werte messen, und schlossen ihn an einen Raspberry Pi an. Von hier aus wurde es einfach, über die Record Evolution Plattform auf den Prototyp zuzugreifen, um Daten auszulesen und ihn zu einem Geräte-Schwarm hinzuzufügen, von wo aus wir seinen Status überwachen konnten.
Wir installierten eine Datensammler-App und eine GPS-Reader-App aus dem IoT-App-Store, um den Standort des Geräts zu verfolgen und dem Gerät mitzuteilen, welche Daten es an das Data Science Studio der Plattform senden soll. Sobald Sie die IoT-Daten gesammelt haben, konnten wir diese Daten bereinigen und umwandeln und sie in Form von langfristigen Datenhistorien speichern, die sich für weitere Analysen eignen. Und schließlich konnten wir einige der eingehenden Messdaten in sofortigen Infografiken visualisieren, was uns ermöglichte, einige Korrelationen zu erkennen.
Und das ist erst der Anfang. Von hier aus können wir viele verschiedene Anwendungsfälle entwickeln. Zum Beispiel ist es jetzt einfach, Ihre Flotte zu erweitern und auf mehrere Vakuumpumpen zu skalieren, die gleichzeitig arbeiten. Dazu müssen Sie nur weitere Raspberry Pis flashen und sie zu Ihrem Schwarm oder Ihrer Gerätegruppe hinzuzufügen.
