Projektskizze: Das Sensor-Winkel-Gateway

Original by Michael Kuhlmann: https://medium.com/@MichiKuhl/project-outline-the-sensor-tangle-gateway-53d7b328fddc (13.05.2020)

Seit geraumer Zeit arbeite ich aktiv an einem Sensor Tangle Gateway unter Verwendung der IOTA-Technologie. Diese Technologie ermöglicht es uns, Daten sicher, verteilt und permissionless ohne Gebühren auf einem dezentralen DAG, dem sogenannten Tangle, zu speichern. Dieses DAG ist eine Art Blockchain, aber ohne Blöcke und ohne Kette. Sie bietet aber die gleichen Vorteile ohne die bekannten Probleme wie z.B. den enormen Stromverbrauch oder super teure Transaktionsgebühren. Das Sensor Tangle Gateway (STG) ist dazu gedacht, die derzeit verfügbare industrielle Sensorumgebung mit dem IOTA Tangle zu verbinden.

Motivation und Bedürfnisse

Die Motivation für dieses Projekt war das Ergebnis von Forschungsarbeiten über die Lieferkettenintegration von blockchainbasierten Lösungen für das BKN. Ich beschäftigte mich mit den Anwendungsmöglichkeiten von verteilten Ledger-Technologien und dem möglichen Mehrwert, der damit erzielt werden kann. Dabei wurde deutlich, dass ein großes Potential im Bereich der dezentralen Supply Chain, des Digital Twin oder in der revisionssicheren Speicherung von Verarbeitungsdaten besteht. Gerade bei völlig autonomen M2M-Interaktionen wird die Herkunft der Komponenten in Zukunft ein sehr wichtiger Faktor sein, um den Prozessablauf durchgängig zu gewährleisten. Durch die revisionssichere Speicherung von Prozessdaten wie Fracht- oder Lagerdokumenten können oft Kosten eingespart werden, indem der Verwaltungs- und Archivierungsaufwand an Orten reduziert wird, an denen viele Dritte miteinander interagieren. Um dies zu ermöglichen, ist eine Integration von Software oder Hardware notwendig, die diese Möglichkeiten eröffnet. Zu diesem Zweck wurde dieses Projekt initiiert, wobei der Schwerpunkt auf einer hardwarebasierten Integration liegt.

Ziel dieses Projekts

Ähnlich wie die in der Industrie verwendeten Cloud-Gateways beabsichtigt das Sensor Tangle Gateway, die in der Industrie verwendeten Sensoren anstelle der Wolke mit dem Tangle zu verbinden und diese dezentral zu speichern. Darüber hinaus ist langfristig die Integration von DID’s mit digitalen Identitäten sowie eine Anbindung an den industriellen Marktplatz geplant. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Nutzung von IOTA-Streams, um dem Endbenutzer die Möglichkeit zu geben, Zugriffsrechte für Datenströme, einzelner Sensoren oder Sensorgruppen zu vergeben und die Prozessinformationen mit externen Parteien zu teilen. Ein wichtiges Merkmal ist dabei die Integration des IO-Link-Protokolls. Mit derzeit etwa 17.000.000 Sensoren bietet dieses Protokoll eine solide Basis für die Sensoranbindung. Ein besonderes Merkmal dieses Datenbusses ist die bidirektionale Verbindung zu Sensoren und Aktoren. Dadurch ist es möglich, Sensoren zu konfigurieren oder die Geschwindigkeiten von z.B. Servomotoren direkt abzurufen. Dadurch entsteht eine große Datenmenge, die auf dem Tangle in ausgewählter Weise gespeichert werden kann. Auch die Interaktion mit PLC / IO-Link Master steht im Vordergrund, um die erzeugten Daten auf dem Tangle zu speichern.

Technische Herausforderungen

Das Ziel ist eine Webseite, die den Zugang zum STG ermöglicht und von der aus alle Einstellungen vorgenommen werden können. Um eine einfache Integration zu ermöglichen, müssen für dieses Projekt verschiedene Standards integriert werden. Gängige Übertragungsprotokolle wie PROFINET, PROFIBUS, EtherCAT, Ethernet/IP, Modbus und IO-Link müssen unterstützt werden, um eine einfache Anbindung an bestehende Netzwerke zu ermöglichen. Die Schwierigkeit hierbei wird die Integration auf der Embedded-Ebene und die Speicherung aller Informationen auf dem Gewirr mit maximaler Performance sein. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dieses Produkt so zu gestalten, dass die Industriestandards gewährleistet sind.

Beweis des Konzepts

Wie bereits erwähnt, arbeite ich schon seit geraumer Zeit daran. Bis jetzt konnte ich eine eigene Platine, ein schönes Gehäuse und ein Beispielprogramm erstellen, um zu zeigen, was ich ermöglichen möchte.

iota deutsch pocDas Bild auf der linken Seite zeigt den Aufbau des PoC. Es enthält einen IO-Link Master, den AL1900 von IFM, einige Distanz- und Reflexionssensoren (IFM – O5D150, SICK – WTT12LC, WLA16P), ein IO-Link Display (IFM – E30391) und das Sensor Tangle Gateway für die Interaktion mit dem Tangle (rechts). Die Sensoren sollen einen kleinen Ausschnitt industriell eingesetzter Sensoren zeigen und sind, wie auch das E30391, mit dem IO-Link Master (AL1900) verbunden. Der IO-Link-Master wird verwendet, um die von den Sensoren aufgezeichneten und über das IO-Link-Protokoll, über ProfiNET oder einen IoT-Core übertragenen Daten bereitzustellen. Aufgrund eines fehlenden ProfiNET-Stacks musste ich den IoT-Core verwenden, der eine Möglichkeit zur Kommunikation mit dem IO-Link-Master bietet, so dass der STG in der Lage ist, die bereitgestellten Daten abzufangen sowie sie zu verarbeiten und im IOTA-Dreieck zu veröffentlichen.

iota poc value
Dieses Bild zeigt die Darstellung der aufgezeichneten Werte. In weiss die aktuell aufgezeichneten Daten und in rot die zuletzt im Tangle gespeicherten Werte

Die Verarbeitung der Daten kann individuell angepasst werden und hängt von dem Anwendungsfall ab, den man implementieren möchte. Die Veröffentlichung der Sensordaten auf dem Tangle alle paar Sekunden ist möglich, ebenso wie die Veröffentlichung erst, wenn die Daten unter einen Schwellenwert fallen. Zukünftig sollte die Art und Weise der Veröffentlichung von Daten über ProfiNET oder andere Kommunikationsschichten erlaubt sein, so dass eine einfache Kommunikation mit gängigen SPSen, wie z.B. von Siemens oder Beckhoff, ermöglicht wird.

Das Hauptziel dieses PoC ist/war, zu zeigen, dass eine Integration der derzeit verfügbaren industriellen Sensorumgebung mit dem IOTA Tangle möglich ist und meiner Meinung nach eine gute Möglichkeit darstellt, einen Mehrwert zu aktuellen Prozessen zu schaffen.

Ziele für die Zukunft

Wie bereits erwähnt, ist die Integration von Kommunikationsprotokollen wie ProfiNET, EtherCAT und Ethernet/IP ein wichtiger Schritt, ebenso wie die Interaktion mit PLC’s. Weiterhin ist die Integration des industriellen Marktplatzes/digitale Identitäten vorgesehen.

WICHTIG: SICK und IFM sind in keinem Fall mit diesem Projekt verbunden. Diese Produkte wurden nur verwendet, um diesen PoC zu zeigen.

Interessiert?

Für die weitere Entwicklung ist es erforderlich, mehrere Lizenzen für die Netzwerkschichten zu erwerben. Um dies zu gewährleisten, benötigen wir Projektpartner, die diese Herausforderungen mit uns meistern können, um diese Idee in ein kommerzielles Produkt umzusetzen. Bei Interesse kontaktieren Sie mich bitte über meine Social-Media-Kanäle oder meine E-Mail.

Wie können Sie meine Arbeit unterstützen?

Diese Art von Hardware-Projekten sind ziemlich teuer, und ich gebe gerne Geld dafür aus, aber ich kann nicht die gesamte verfügbare Hardware nutzen, weil sie einfach zu teuer ist. Daher würde ich mich freuen, wenn Sie eine Spende in Form von industrieller Hardware oder in Form einer kleinen symbolischen Spende in Betracht ziehen würden. Für Versandinformationen nehmen Sie bitte über meine Social Media-Kanäle Kontakt mit mir auf.

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IOTA-Spende: YLADCLVCSKYMGNOFL9RYSBEDJYKATUADCXPFLGMQYXTHBNERJAXUHMOWTXLFIGQMIVNGUYBJFQJZBSNKAOLYJLNJFD

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