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Lasst Systeme sprechen!

28.01.2016

Siemens verbindet die reale Welt der Hardware mit der virtuellen Welt der Daten. Ein wichtiger Aspekt dabei ist das Web of Systems, mit dem Siemens Geräte miteinander vernetzt und autonom agieren lässt.

Zunehmend füllt sich der Alltag mit Geräten, auf die Nutzer per Internet und Cloud-Dienste zugreifen können, um ihren Zustand abzurufen: Fitnessarmbänder, Sensoren, die Pflanzen überwachen, oder das Haus, dessen Heizung und Beleuchtung lernen, sich nach dem Lebensrhythmus der Bewohner zu richten. Technisch gesehen ist es also längst keine Vision mehr, jedes „Ding“ mit einer Internetadresse auszustatten und damit ganz neue Möglichkeiten der Interaktion zu schaffen.


In einem künftigen Internet der Dinge werden Milliarden Maschinen, Anlagen oder Sensoren miteinander kommunizieren und Informationen austauschen.


Beispiel Verkehrsmanagement: Im Customer Service Center in München werden die Verkehrsrechner in mehr als 250 Städten weltweit überwacht - von Abu Dhabi bis Würzburg.

Dieses Paradigma des Internets der Dinge (Internet of Things, kurz IoT) birgt für Siemens enorme Chancen. Denn Siemens ist ein starker Spieler bei der Kombination von Hardware und Software – etwa bei Automatisierungslösungen in der Fertigung, bei Steuerungen von Zügen, im Verkehrsmanagement oder bei der dezentralen Energieversorgung.

Aber: Fabriken oder Verkehrs- und Versorgungsnetze sind komplexer als Smartphones oder Fitnessarmbänder, es sind miteinander verwobene reale und virtuelle Systeme, und oft handelt es sich sogar um kritische Infrastrukturen. Kunden stellen hier ganz andere Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit.

Und sie wollen ihre existierenden Anlagen mit den Vorteilen der Digitalisierung anreichern, ohne das bestehende System zu gefährden oder Datenschutz und geistiges Eigentum aufzugeben. Deshalb hat Siemens das Konzept des Internet of Things für industrielle Anwendungen konkretisiert und erweitert – zum Web of Systems. Siemens versteht darunter Systeme, die digitalisiert sind, miteinander kommunizieren und autonom agieren. Diese komplexen Systeme sollen künftig mit Webtechnologien gesteuert werden und dabei standardisierte Protokolle oder Sprachen nutzen, wie sie heute im Internet verwendet werden.

Für die Kunden von Siemens bringt diese Verbindung der realen Welt mit der virtuellen Welt der Daten mehrere Vorteile: Der tatsächliche Zustand eines Systems und seiner Teile kann zu jeder Zeit detailliert erfasst und bewertet werden. Daraus ergeben sich enorme Einsparmöglichkeiten durch vorausschauende Wartung und ein großes Potenzial für die Optimierung der Systeme.

Mit dem Einsatz der modernen Technologien aus der Welt des World Wide Web können Systeme oft schneller und kostengünstiger implementiert und in Betrieb genommen werden. Die Intelligenz im System kann bedarfsgerecht zwischen realen Komponenten und virtuellen Systemen in der Cloud verteilt werden. Daraus ergeben sich Vorteile für die Ausfallsicherheit und für den Schutz der Prozessdaten der Kunden. Und Updates der Systeme mit neuen Funktionen oder die laufende Aktualisierung der Systemsoftware werden einfacher, ganz nach dem Vorbild von Apps auf dem Smartphone.

Smart Grid und der intelligente Ortsnetz-Trafo

Eines von vielen Beispielen, bei dem das Web of Systems von Siemens Vorteile bietet, sind Smart Grids. Stromnetze waren bis vor einigen Jahren streng hierarchisch angeordnet – heute sind sie zu dezentral verteilten Systemen geworden. Photovoltaikanlagen und andere erneuerbare Energiequellen speisen ungeregelt und schwankend Strom auf Spannungsebenen ein, an denen früher ausschließlich Verbraucher und keine Erzeuger angeschlossen waren. Dadurch können die Netze im schlimmsten Fall instabil werden.

Sie müssen also dazu ertüchtigt werden, aktiv gegenzusteuern. Ein Element sind beispielsweise Ortsnetztransformatoren, die eigenständig und kooperativ Spannungsschwankungen in ihrem „Zuständigkeitsbereich“ ausregeln können. Dafür müssen sie über Eigenintelligenz und Kommunikationsfähigkeit verfügen – sie müssen also smart sein und vernetzt.

Hier zeigt sich ein bedeutender Unterschied zum typischen Szenario des Internets der Dinge: Dort werden die Dinge übers Internet mit einer Cloud verbunden; die Verarbeitung der Daten, beispielsweise von deren Sensoren, erfolgt primär in der Cloud, Reaktionszeit und Zuverlässigkeit sind oft untergeordnet. In einem Web of Systems hingegen sind die Dinge selbst intelligent, können lokal schnell und zuverlässig reagieren und dabei gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Cloud für Optimierungen nutzen.

Betriebsgeheimnisse bleiben geschützt

Dafür müssen die Daten von der Software verstanden werden, damit diese daraus intelligente Schlussfolgerungen ziehen kann. Das ist nur möglich, wenn Informationen, die die Bedeutung der Daten beschreiben, vorhanden sind oder mitgeliefert werden. Ein menschlicher Experte hat dabei den Kontext sozusagen automatisch im Kopf, einer Software muss der Kontext explizit beigebracht werden.

In diesem Kontext stecken aber wichtige Informationen über das System und die damit im Zusammenhang stehenden Prozesse, und die sind in vielen Fällen wertvolle Betriebsgeheimisse, die ein Betreiber ungern ungefiltert bei einer Cloud abliefern möchte. Vorteilhafter ist es deshalb, wenn Maschinen selbst lokal Schlussfolgerungen ziehen können und der Kontext damit geschützt bleibt. Im Beispiel des Ortsnetz-Trafos kann dieser eigenständig bewerten, ob er einen kritischen Netzzustand ausregeln kann oder übergeordnete Hilfe benötigt. So bleiben die Daten geschützt. Wertvolle Informationen, etwa Betriebsgeheimnisse, bleiben in den Geräten.

Aus diesen Informationen in den Geräten lässt sich dennoch Wert generieren, etwa mit vorausschauender Wartung oder neuen Dienstleistungen. Um diese und andere Daten aus Industrieanlagen, Zügen oder Gasturbinen nutzen zu können, setzt Siemens auf Sinalytics. Das ist eine neue technische Basis für industrielle Datenanalytik, mit der allen Kunden neue digitale Services angeboten werden können. Sinalytics verarbeitet dabei die Daten vieler verteilter Systeme und ihrer Sensoren – demnächst auch im Streaming von Live-Daten, praktisch in Echtzeit, verringert nur um die Spanne, die die Signalübertragung benötigt. Diese Anforderungen an Vernetzung und Kommunikationsfähigkeit sind nur zu erfüllen, wenn das beobachtete System wie ein Web of Systems funktioniert.

Software-Update und neue Funktionen via App

Eine weitere Stärke des Web-of-Systems-Ansatzes: Möglich ist eine Plattform, auf der Funktionen wie Apps verteilt und installiert werden und entsprechend ablaufen. So lassen sich Dienste einfach verteilen, die die Systemlandschaft sowohl für Siemens als auch für die Kunden und wiederum deren Kunden noch attraktiver machen. Auf dem Ortsnetz-Trafo könnten dann auch andere Anwendungen laufen, etwa für die energieeffiziente Steuerung der Straßenbeleuchtung in einem Viertel. Wenn ein Update fällig ist oder eine neue Funktion benötigt wird, kann die Software aus der Ferne aufgespielt werden.

Der intelligente Ortsnetztransformator, eine neue Entwicklung von Siemens, wird schon in der Praxis zur Spannungsregelung im Niederspannungsnetz eingesetzt und ist damit ein sehr wichtiger Teil einer intelligenten Ortsnetzstation der Zukunft, auch als „iSSN – intelligent Secondary Substation Node“ bezeichnet. Rechenleistung und optionale Kommunikationsanbindung der iSSN erlauben dabei weitaus mehr, als die Haushalte mit der richtigen Spannung zu versorgen. Das Stromnetz kann zusätzliche Einspeiser oder Lasten vertragen, ohne dass es massiv ausgebaut werden muss.

Dieser iSSN wird aktuell in einem Web-of-Systems-Projekt weiterentwickelt. Durch die Webanbindung werden beispielsweise die Inbetriebnahme, die Wartung und das Update solcher Stationen wesentlich einfacher zu bewerkstelligen sein. Darüber hinaus werden sie eine Fülle von Daten liefern, die frühzeitig erkennen lassen, ob Netzzustände künftig kritisch werden können, und bilden damit eine wichtige Ergänzung für die vorausschauende Stromnetzplanung.

Ein Ortsnetz-Transformator allein macht aber noch kein Web of Systems. Auch die übrigen Komponenten im Stromnetz müssen über Sensorik, Eigenintelligenz und Kommunikationsfähigkeit verfügen: Stromzähler, Gebäudeverteilungen, Photovoltaikanlagen oder Elektroautos. Dies ist bereits zunehmend der Fall. Für Siemens ergeben sich daraus neue Geschäftsmöglichkeiten in nahezu all seinen Branchen.

Erste Webs of Systems laufen bereits

Das Unternehmen nutzt Webs of Systems schon heute, um Lösungen umzusetzen, die bisher mit hohem Ingenieurs- oder Installationsaufwand verbunden waren. Zum Beispiel beim Ladesystem von Elektrobussen, das Siemens in mehreren europäischen Städten installiert hat: Hier kommunizieren alle Komponenten, etwa die Elektronik im Bus und die Schnellladestationen, mit Stromabnehmern über das Web und koordinieren den Ablauf des Ladevorgangs. Ein weiteres Beispiel ist die Betriebsoptimierung von Wassernetzen mit einem Sensornetz, um Leckagen zu entdecken und den Energieverbrauch der Pumpen zu minimieren. Hier liegt ein wesentlicher Schwerpunkt darauf, das existierende Leitsystem zu integrieren. Vor ähnlichen Situationen steht Siemens bei sehr vielen, bereits laufenden Installationen: Die Kunden wollen Investitions- und Zukunftssicherheit und dabei die Vorteile der Digitalisierung nutzen. Web of Systems kann dazu der entscheidende Schlüssel sein.

Kontakt:
Herr Dr Norbert Aschenbrenner
Redaktion
Siemens AG
norbert.aschenbrenner@siemens.com

Original-Artikel im Internet:
http://www.siemens.com/innovation/de/home/pictures-of-the-future/forschung-und-m...

Dr. Norbert Aschenbrenner | Siemens Pictures of the Future
Weitere Informationen:
http://www.siemens.com

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