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IoT-Plattformen als nächster Entwicklungsschritt der IoT-Landschaft

28. April 2022

In diesem Blogbeitrag beleuchten wir zuerst die Grundlagen der IoT-Technologie sowie anschließend die Anforderungen an moderne IoT-Plattformen als zentrales System zur übersichtlichen Darstellung von IoT-Daten.

IoT-Anwendungen in der Energie- und Versorgungsbranche entwachsen immer mehr ihren Kinderschuhen. Stadtwerke haben unlängst die Mehrwerte der Technologie für sich entdeckt und entwickeln ihr Produktportfolio aktiv in eine vernetzte Zukunft. So stieg die Zahl der Stadtwerke, die die IoT-Technologie als „sehr relevant” einstufen, im Vergleich der Jahre 2020 und 2021 um 12 % (Stadtwerke Studie 2021; BDEW und EY). Mit der Ausweitung der IoT-Anwendungsfälle wächst gleichzeitig die entstehende Datenmenge. Bei Stadtwerken betrifft dies längst nicht mehr nur die Einspeisung, den Netzbetrieb und Smart Meter, sondern auch immer neue Anwendungsfälle im Umfeld Smart City.

Um all die neuen IoT-Daten zu erfassen, zu verarbeiten und wertschöpfend zu verwenden, sind neue Ansätze und Prozesse notwendig. Auf einen deutlich schnelllebigeren Markt kann dank weitläufiger Datengrundlagen ebenso schnell reagiert werden. Durch optimierte Prozesse können Ineffizienzen lokalisiert und behoben werden. Ökonomische, personelle sowie Umweltressourcen können optimiert genutzt werden. Um das volle Wertschöpfungspotenzial zu nutzen, sollten diese Daten aber nicht nur erhoben werden, sondern auch zur Verarbeitung und weiterführenden Nutzung an einem zentralen Ort bereitgestellt werden.

IoT-Potenziale für die Energiewirtschaft

Internet of Things (IoT) bezeichnet ein Netzwerk von Geräten, Anlagen oder Systemen, die über das Internet miteinander verbunden sind. Dabei steht die Machine-to-Machine-Kommunikation im Vordergrund, also eine Verbindung direkt zwischen den beteiligten Geräten, ohne dass ein Mensch aktiv in die Kommunikation und Prozesse involviert ist. Dem IoT kommt bei der Digitalisierung in diversen Bereichen eine zentrale Rolle zu, da bei der erzeugten Datenmenge eine prozessual automatisierte Verarbeitung der einzelnen Daten unumgänglich ist.

IoT ist dabei technologieunabhängig definiert und führt so zu einem Potpourri an diversen Protokollen, Übertragungstechnologien, Hardwarelösungen und Integrationsplattformen. Dies ist hinsichtlich der Historie relevant, da sowohl ältere Datenanbindungen als auch neue Systeme eingebunden werden, die dementsprechend auf unterschiedlichen technischen Grundlagen basieren. Um verschiedensten Anforderungen aus technischer, regulatorischer oder wirtschaftlicher Sicht gerecht zu werden, existieren mehrere aktuelle Technologien parallel. So können für jeden Anwendungsfall die geeigneten Sensoren und Übertragungsprotokolle genutzt werden.

Um die IoT-Mehrwerte für Stadtwerke zu verdeutlichen, eignet sich als Beispiel das Versorgungsnetz. Die typischen topologischen Gegebenheiten bei Versorgungsnetzen führen dazu, dass für einen gesamtheitlichen Überblick Daten nicht nur zentral an einer Anlage, sondern dezentral an einer Vielzahl von kleinen Messpunkten erhoben werden müssen. Hieraus folgt zum einen eine große Menge unterschiedlicher Systeme, die über unterschiedliche Technologien und Schnittstellen digitalisiert werden müssen. Zum anderen ist bei weitläufigen Netzen die Erreichbarkeit sowie die Spannungsversorgung für potenzielle Messsysteme ein kritischer Faktor, der eine Digitalisierung im Vergleich zu anderen Bereichen bedeutend komplexer macht.

Welche Funktion erfüllen IoT-Plattformen?

IoT-Plattformen sind das zentrale Bindeglied im Zusammenhang mit dem Internet of Things. Hier werden alle Daten aus den verschiedensten Bereichen zusammengeführt, sodass ein zentrales System einen Überblick sowie den Zugriff auf die Gesamtheit der erhobenen IoT-Daten und Geräte liefert. In der Energiewirtschaft können das Daten aus den Erzeugungsanlagen, aus den Netzen oder sogar Hausübergabestationen sein. Über die Energiewirtschaft hinaus, z. B. auf kommunaler Ebene im Smart City-Kontext, lassen sich noch viele weitere Use-Cases auf einer IoT-Plattform einbinden. Eine Auswahl diverser Use-Cases haben wir euch im Blogbeitrag LORAWAN-ANWENDUNGSFÄLLE – EIN 360°-SCHNELLDURCHLAUF zusammengestellt.

Neben der Konnektivitätsfunktion ist das Konzept des digitalen Zwillings ein zentraler Baustein, um Potenziale des Internet of Things weitreichend auszunutzen. Dabei wird ein Abbild einer physischen Komponente erstellt. Dieses Abbild wird mit den erhobenen Daten diverser Datenquellen angereichert. So lassen sich viele Sensoren einem Asset zuordnen und beliebig kombinieren. Ein digitaler Besprechungsraum kann so Raumklimadaten eines Sensors mit den Informationen über die Belegung des Raumes von einem anderen Sensor vereinen.
Diese Unabhängigkeit von konkreten physischen Sensoren führt dazu, dass bedeutend komplexere Strukturen abgebildet werden können und auch bei einer Veränderung der Datenquelle, wie z. B. durch einen Austausch eines Sensors, historische Daten und ihre Strukturen weiterhin erhalten bleiben.

Die IoT-Plattform stellt also die zentrale Datendrehscheibe im IoT-Universum dar, über die alle IoT-Daten gesammelt, aufbereitet, zum Teil visualisiert und weiterverteilt werden. Daraus ergeben sich mehrere Anforderungen, die für einen produktiven Einsatz gegeben sein müssen.

Anforderungen an eine IoT-Plattform

Neben der Unabhängigkeit von Sparten und Bereichen ist es relevant, dass Daten aus diversen Übertragungstechnologien und Quellen in IoT-Plattformen integriert werden können. Hierbei spricht man von einer Herstellerneutralität in Bezug auf die Hardware und einer möglichen Interoperabilität. Nur wenn alle IoT-Daten aus verschiedenen Anwendungen in der IoT-Plattform zentral gespeichert werden, bietet die Plattform einen realen Mehrwert, um Insellösungen zu vermeiden, ganzheitliche Datenauswertungen und -weitergaben zu ermöglichen sowie ein zentrales System für Geräte- und Systemmonitoring und Betrieb sicherzustellen. Hier ist insbesondere die Anbindung von Standardschnittstellen ein zentraler Punkt, der zu bedienen ist.

Neben den universellen Dateneingangskanäle ist es ein ebenso integraler Bestandteil einer ganzheitlichen Lösung, Daten über standardisierte Schnittstellen aus IoT-Plattformen heraus weiterzuleiten.  Vornehmlich in der Energiewirtschaft gibt es bereits viele bestehende Prozesse, die auch mit Daten aus der Plattform angereichert werden können oder sollen. So werden beispielsweise Zählerdaten für Abrechnungen, Zustandsmeldungen in Leitwarten oder jegliche Daten in Fachsystemen benötigt.

Mit der IoT-ERP-Bridge stellen wir eine Lösung bereit, um die Zählerdaten von der IoT-Plattform direkt in bestehende Abrechnungssysteme zu integrieren. Im letzten Blogbeitrag zur IoT-ERP-Bridge erklären wir ausführlicher, wie die Gestaltung der Schnittstelle und die Verbindung beider Systeme funktionieren kann.

Andere Anwendungsfälle erfordern anstelle der Weiterleitung von Daten in andere Fachsysteme die unmittelbare visuelle Darstellung. Oft wird die Visualisierung auf einer hohen Abstraktionsebene benötigt.   In der Regel ist ein anfängliches Dashboarding gefordert, um Anwendungsfälle und Anlagen auf einen Blick überwachen zu können. Auch ein Alerting bei Überschreitung von Grenzwerten ist auf Ebene einer IoT-Plattform für eine erste Überwachung sinnvoll, gerade wenn die Funktion der Sensorik überprüft werden soll.

Neben dem rein funktionalen Umfang der IoT-Plattformen ist auch die Bedienbarkeit ein wichtiges Kriterium.  Gerade im IoT-Umfeld haben die potenziellen Nutzer nicht gezwungenermaßen einen IT-Hintergrund, sodass die Plattform als Low- oder No-Code-Software umgesetzt sein sollte. Die grundsätzlichen Funktionalitäten sollten auch ohne tiefere Programmierkenntnisse über eine grafische Oberfläche bedient werden können.

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Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine IoT-Plattform ein Puzzleteil einer größeren (IoT-) Landschaft ist. Als zentrale Datendrehscheibe verbindet sie Sensordaten diverser Übertragungstechnologien, bereitet diese auf, verknüpft unterschiedliche Datenpunkte, visualisiert und leitet Daten zur weiteren Verarbeitung an angeschlossene Systeme weiter.

IoT-Plattform

In der obigen Abbildung ist eine potenzielle Architektur schematisch dargestellt.

Die IoT-Plattform entfaltet erst dann ihr vollständiges Potenzial, wenn die erhobenen Daten in weitere Fachanwendungen weitergeleitet werden und in möglichst vielfältiger Weise genutzt werden. Sei es beispielsweise im Kontext einer urbanen Datenplattform, die neben vielen IoT-Daten auch weitere Daten sammelt und zur Verfügung stellt, damit weitere Akteure eben diese Daten nutzen und Mehrwerte heben können. Oder die Verwendung der Daten in Systemen, die durch Algorithmen oder mit künstlicher Intelligenz Effizienzen der Energienetze steigern und einen nachhaltigeren Umgang mit Ressourcen ermöglichen. Des weiteren beispielsweise auch die Integration in bestehende Fachapplikationen zu Zwecken des Monitorings, Alerting, Reporting oder der Abrechnung. Oder eben die Visualisierung im Smart City-Umfeld: Parkplätze, Müllcontainer, Besucherzahlen, Umweltdaten oder zahlreiche andere Anwendungsfälle. Je breiter und vielfältiger das Internet of Things Mehrwerte generiert, desto besser ist auch die IoT-Plattform als Herzstück dieser Architektur.

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Hubertus Aumann

Product Owner & Consultant Digitale Netze
Hubertus Aumann ist Product Owner der IoT Platform und Grid Insight: Water sowie Consultant Digitale Netze. Er verantwortet die Entwicklung und den Betrieb der Lösungen und berät Kunden hinsichtlich der Umsetzung von Projekten im IoT-Umfeld.

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