Siemens en IoT: de naadloze integratie van de fysieke en virtuele wereld

Of het nu in fabrieken, rail- en verkeersbeheersystemen of gedecentraliseerde stroomdistributiesystemen is, de trend is om afzonderlijke apparaten met hele systemen te netwerken - een proces dat is gebaseerd op de integratie van de fysieke wereld met de virtuele gegevenswereld. Het resultaat is wat Siemens het Web of Systems noemt. Naarmate dit proces zich ontwikkelt, kan Siemens zijn klanten helpen hun bestaande apparatuur te verrijken met de voordelen van het digitale universum zonder dat gegevensbescherming of intellectuele eigendom in gevaar wordt gebracht of wordt opgeofferd.

Ons dagelijks leven wordt gevuld met steeds meer apparaten waarmee gebruikers via internet of de cloud de status van een object kunnen achterhalen. Voorbeelden van deze trend zijn fitness-tracker armbanden, sensoren die het vochtniveau van planten controleren en huizen die leren hun warmte en verlichting in te stellen op het leefpatroon van hun bewoners. Naarmate dit proces zich ontwikkelt, is het realistisch om te verwachten dat uiteindelijk elk "ding" zal worden uitgerust met een internetadres, waardoor geheel nieuwe manieren worden geopend om met die "dingen" te communiceren.

Dit paradigma van het internet der dingen (IoT) biedt enorme kansen voor Siemens. Siemens is immers een belangrijke speler in het combineren van hardware en software, bijvoorbeeld in automatiseringsoplossingen voor productie, in rail- en verkeersbeheersystemen en in de gedecentraliseerde levering van elektriciteit.

Toch zijn fabrieken, verkeersnetwerken en hulpprogramma's een stuk complexer dan smartphones en tracker-armbanden. Het zijn allemaal voorbeelden van echte en virtuele systemen die met elkaar zijn verweven en die vaak zelfs kritieke infrastructuren omvatten. Klanten in dergelijke kritieke gebieden hebben geheel andere verwachtingen over veiligheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid dan klanten die een slimme thermostaat of plantvochtvolgsysteem kopen. Bovendien willen dergelijke klanten hun bestaande apparatuur verrijken met de voordelen van het evoluerende digitale universum zonder de gegevensbescherming of intellectuele eigendom in gevaar te brengen of op te offeren. Daarom heeft Siemens het concept van het internet der dingen voor industriële toepassingen uitgebreid om het Web of Systems te creëren, dat wil zeggen systemen die digitaal zijn, met elkaar communiceren en autonoom kunnen handelen. De visie van Siemens is dat terwijl dit ecosysteem vorm krijgt, de elementen ervan zullen worden beheerd via toekomstige webtechnologieën die gestandaardiseerde protocollen en talen gebruiken die tegenwoordig voor internet worden gebruikt.

Deze koppeling van de echte wereld en de virtuele wereld van gegevens biedt meerdere voordelen voor Siemens-klanten. Hiermee kunnen ze de huidige status van een systeem en de bijbehorende onderdelen op elk gewenst moment gedetailleerd vastleggen en analyseren. Dit levert op zijn beurt enorme besparingsmogelijkheden op via voorspellend onderhoud en een groot potentieel voor het optimaliseren van systemen. Met behulp van de hedendaagse technologieën uit de World Wide Web-omgeving kunnen systemen vaak sneller en goedkoper worden geïmplementeerd en in gebruik worden genomen. De intelligentie van een systeem kan naar behoefte worden verdeeld tussen echte componenten en virtuele systemen in de cloud, wat resulteert in verbeterde robuustheid en bescherming van klantgegevens. Ten slotte, terwijl het digitale landschap langs deze lijnen wordt getransformeerd, wordt het eenvoudiger om systemen met nieuwe functies bij te werken of om systeemsoftware on-the-fly bij te werken, op vrijwel dezelfde manier als smartphones en andere apparaten worden bijgewerkt via apps.

Waarom slimme netwerken distributietransformatoren nodig hebben

Een van de vele voorbeelden waarbij ons Web of Systems voordelen biedt, zijn slimme netwerken. Tot een paar jaar geleden waren elektriciteitsnetten georganiseerd in een strikte hiërarchie. Maar vandaag zijn het gedecentraliseerde systemen geworden. Fotovoltaïsche installaties en andere hernieuwbare energiebronnen voeden elektriciteit in het net op een niet-gereguleerde, fluctuerende basis, op spanningsniveaus die voorheen alleen van toepassing waren op consumenten, niet op generatoren. In het slechtste geval kan dat een raster instabiel maken.

Grids moeten dus de mogelijkheid krijgen om die veranderende omgeving tegen te gaan. Eén component hier zijn distributietransformatoren die zich onafhankelijk en coöperatief kunnen aanpassen om spanningsschommelingen in hun lokale gebieden weg te werken. Maar daarvoor hebben ze hun eigen intelligentie- en communicatievermogen nodig - met andere woorden, ze moeten 'slim' en in een netwerk zijn. En dit is waar een belangrijk verschil met het typische Internet of Things-scenario komt. Internet of Things is verbonden met de Cloud, en de Cloud is waar de gegevens - bijvoorbeeld van de sensoren van de apparatuur - voornamelijk worden verwerkt. Reactietijden en betrouwbaarheid zijn vaak een secundaire prioriteit. Maar in een Web of Systems hebben dingen zelf intelligentie. Ze kunnen lokaal, snel en betrouwbaar reageren en tegelijkertijd gebruikmaken van de kracht van de cloud voor optimalisatie.

Hoe geheim te houden

Om de visie van een Web of Systems te realiseren, moet bijbehorende software de gegevens kunnen begrijpen, zodat hieruit intelligente conclusies kunnen worden getrokken. En dat is alleen mogelijk als informatie die de betekenis van de gegevens beschrijft, al aanwezig is of ernaast wordt verstrekt. Menselijke experts kunnen op dit soort uitdagingen reageren omdat ze de context begrijpen waarin gegevens zijn ingebed. Maar software moet de context expliciet worden verteld. Toch bevat die context belangrijke informatie over het systeem in kwestie en de bijbehorende processen, die in veel gevallen waardevolle bedrijfsgeheimen zijn die een operator zeer onwillig zou zijn om ongefilterd in de cloud te leveren. Met het oog hierop is het beter als machines lokaal zelf conclusies kunnen trekken, zodat de context beschermd blijft. Met betrekking tot distributietransformatoren kunnen ze bijvoorbeeld onafhankelijk beoordelen of ze een kritieke netstatus moeten afvlakken of dat ze hulp van een hoger niveau nodig hebben, waardoor een hoog niveau van gegevensbescherming wordt gewaarborgd door geheimen te beperken tot lokale systemen.

Hoewel gelokaliseerd, kan deze informatie toch worden gebruikt om waarde te genereren, bijvoorbeeld door voorspellend onderhoud te gebruiken of nieuwe diensten te ontwikkelen. Om gebruik te maken van deze en andere gegevens van industriële systemen, treinen of gasturbines, vertrouwt Siemens op Sinalytics. Dit is een nieuw platform voor industriële data-analyse dat het mogelijk maakt om nieuwe digitale diensten aan te bieden aan elke klant. Sinalytics verwerkt gegevens van veel verschillende gedistribueerde systemen en hun sensoren in realtime en ondersteunt ook lokale gegevensverwerking rechtstreeks in apparaten.

De weg naar zelfstabiliserende netten

Een ander voordeel van de Web of Systems-aanpak is dat deze de deur opent naar een platformbenadering waarin functies kunnen worden gedistribueerd en geïnstalleerd als apps en op vrijwel dezelfde manier kunnen worden uitgevoerd. Er kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk diensten worden gedistribueerd die de systeemomgeving niet alleen aantrekkelijker maken voor Siemens, maar ook voor haar klanten en zelfs hun eigen klanten. In een dergelijke omgeving kan een distributietransformator bijvoorbeeld toepassingen uitvoeren voor energiezuinig beheer van straatverlichting in de buurt. Wanneer een update moet worden uitgevoerd of een nieuwe functie nodig is, kan de software op afstand worden geüpload.

De slimme distributietransformator - een nieuwe ontwikkeling van Siemens - wordt in de praktijk al gebruikt voor spanningsregeling in het laagspanningsnet en is dus een belangrijk onderdeel van een toekomstig systeem dat bekend staat als een intelligent secundair onderstation (ISSN). Met zijn rekenkracht en optionele communicatieverbinding biedt de iSSN de mogelijkheid voor veel meer dan huishoudens van de juiste spanning te voorzien. Hiermee kan het elektriciteitsnet omgaan met extra feed-ins of belastingen zonder dat enorme infrastructuuruitbreidingen nodig zijn.

Deze iSSN wordt momenteel verder ontwikkeld in het kader van het Web of Systems-project. De webverbinding maakt het bijvoorbeeld aanzienlijk eenvoudiger om deze in bedrijf te stellen, te onderhouden en bij te werken. En elk dergelijk substation zal een schat aan gegevens opleveren die het mogelijk zullen maken om potentieel destabiliserende netomstandigheden te identificeren, waardoor een belangrijk aanvullend hulpmiddel voor voorspellende planning van het elektriciteitsnet wordt geleverd.

Maar een distributietransformator vormt niet op zichzelf een web van systemen. De andere componenten in het elektriciteitsnet - meters, distributiesystemen van gebouwen, fotovoltaïsche systemen, elektrische auto's - moeten ook worden uitgerust met sensoren, lokale intelligentie en het vermogen om te communiceren. Dat wordt al het geval. Voor Siemens betekent dat nieuwe kansen in vrijwel alle sectoren waarin het zaken doet.

Webs van systemen die al operationeel zijn

Siemens gebruikt Webs of Systems al om oplossingen te implementeren die vroeger heel wat engineering- of installatiewerk inhielden. Een voorbeeld is het oplaadsysteem voor elektrische bussen dat Siemens in een aantal Europese steden heeft geïnstalleerd. Hier communiceert alles, van buselektronica en snellaadstations tot de management backend-systemen via het web om het laadproces te coördineren en te optimaliseren. Een ander voorbeeld is de optimalisatie van waterdistributienetwerken met een sensornetwerk dat lekken detecteert en het energieverbruik van de pompen minimaliseert. Een belangrijk punt hierbij is dat data-integratie plaatsvindt in de context van bestaande controlesystemen. Siemens bekijkt soortgelijke situaties in veel andere bestaande installaties. De reden hiervoor is duidelijk: klanten willen de betrouwbaarheid en flexibiliteit die kenmerkend zijn voor geavanceerde digitale systemen. Het web van systemen kan de essentiële sleutel zijn om deze voordelen te benutten.

Lees hier het hele verhaal ...