Industrial IoT, kurz IIoT, bedeutet, Sensoren und Anlagen in Fabriken, Versorgungsbetrieben und an anderen Industriestandorten zu vernetzen, damit man ihren Zustand und ihre Leistung von überall im Blick hat und darauf reagieren kann. Die häufigsten IIoT-Anwendungen sind die Zustandsüberwachung von Maschinen, Energiemonitoring, Füllstände von Tanks und Flüssigkeiten, Umgebungsbedingungen, die Verbrauchsmessung von Versorgungsmedien sowie die Ortung von Werkzeugen und Betriebsmitteln.

Für keine davon braucht es eine neue Fabrik. Die meisten beginnen mit ein paar batteriebetriebenen Sensoren an Maschinen, die bereits laufen. Projekte unterscheiden sich vor allem darin, was danach mit den Daten passiert, und genau darum geht es in diesem Artikel größtenteils.

Kurz erklärt

  • Zuerst zahlen sich die praktischen Anwendungen aus: Maschinenzustand, Energie, Füllstände, Temperaturen und Leckagen.
  • Die meisten starten als Nachrüstung: Funksensoren werden an bestehenden Maschinen montiert, ohne die Steuerung zu verändern.
  • Typische Geräte sind Vibrationssensoren, Stromzangen, Füllstands- und Drucksensoren, Temperaturfühler und Gateways, die Daten aus Maschinensteuerungen auslesen.
  • Smart Manufacturing beginnt, wenn Daten aus mehreren dieser Quellen zusammenkommen und nicht nur Diagramme füllen, sondern auch Aktionen auslösen.

Was ist IIoT-Monitoring?

IIoT-Monitoring ist das laufende Erfassen von Messwerten industrieller Anlagen, die automatisch an eine Software gehen, die sie speichert, anzeigt und bei Bedarf Alarm schlägt. Es ersetzt den Rundgang mit dem Klemmbrett, die monatliche Zählerablesung und den Gang an der Maschine vorbei, um auf ihr Geräusch zu horchen.

Die Kette dahinter besteht in fast jedem Projekt aus denselben wenigen Gliedern. Ein Sensor misst eine physikalische Größe wie Vibration, Strom, Füllstand oder Temperatur. Er sendet den Messwert über ein Netzwerk, bei Batteriesensoren oft über energiesparenden Funk wie LoRaWAN, bei Anlagen mit Stromanschluss über Kabel oder WLAN. Ein Gateway empfängt die Messwerte und leitet sie an eine Plattform weiter. Die Plattform speichert den Verlauf, zeigt Dashboards und prüft Regeln, und die Regeln benachrichtigen Menschen oder lösen Aktionen aus.

Daten aus einer Maschine bekommen Sie auf zwei Wegen. Der eine: auslesen, was die Maschine ohnehin weiß. Moderne Maschinen und ihre SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen, also die Industrierechner, die sie steuern) halten Werte wie Drehzahlen, Temperaturen und Zählerstände vor, die sich über Industrieprotokolle wie Modbus oder OPC UA auslesen lassen. Der andere: Sensoren von außen anbringen. Das geht bei älteren Anlagen oft schneller, ebenso dort, wo ein Eingriff in die Steuerung die Freigabe des Maschinenherstellers braucht. Viele Werke nutzen beides: Sie lesen Steuerungen aus, wo es einfach ist, und rüsten Sensoren nach, wo nicht.

Wie wird IIoT in der Fertigung eingesetzt?

IIoT in der Fertigung umfasst weit mehr als Produktionsmaschinen. Die Tabelle unten zeigt gängige Anwendungen, was jeweils gemessen wird und was sich ändert, sobald die Messwerte vernetzt sind. Verstehen Sie sie als Beispielsammlung, nicht als vollständige Liste.

Anwendung Was gemessen wird Was sich ändert
Zustandsüberwachung von Maschinen Vibration und Temperatur an Motoren, Pumpen, Lüftern und Getrieben Lager- und Ausrichtungsfehler werden erkannt, Wochen bevor sie eine Linie stilllegen
Energiemonitoring Strom pro Linie, Maschine oder Schicht Leerlaufverbrauch und ineffiziente Anlagen werden sichtbar, statt in einer einzigen Rechnung unterzugehen
Druckluft Durchfluss, Druck und Leistungsaufnahme des Kompressors Leckagen und zu hoch eingestellter Druck zeigen sich als messbare Verschwendung
Füllstände von Tanks und Flüssigkeiten Kühlmittel, Schmierstoffe, Chemikalien, Rohstoffe Nachfüllen wird geplant, statt beim Rundgang mit dem Peilstab aufzufallen
Umgebungsbedingungen Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Lagern, Reinbereichen und Aushärteräumen Materialien und Produkte bleiben innerhalb der vorgeschriebenen Bedingungen, mit Nachweis
Prozesstemperaturen Öfen, Trockner, Kühlräume Eine Abweichung vom Rezeptbereich löst noch während der Schicht einen Alarm aus, nicht erst bei der Endprüfung
Versorgung und Wasser Wasserzähler, Lecksensoren, Druck in Versorgungsleitungen Leckagen und auffälliger Verbrauch fallen noch am selben Tag auf
Asset-Tracking Standort von Werkzeugen, Containern, Gabelstaplern und Anhängern Weniger Suchzeit und weniger Verluste zwischen Standorten

Am Beispiel Druckluft sieht man, wie schnell sich diese Zahlen summieren. Nach Angaben des US-Energieministeriums können Leckagen in Werken, die sich nicht darum kümmern, mitunter 20 bis 30 % der vom Kompressor erzeugten Druckluft verschwenden. Angenommen, ein 75-kW-Kompressor läuft 6.000 Stunden im Jahr, und ein Viertel seiner Leistung geht durch Leckagen verloren. Das sind rund 112.500 kWh im Jahr, und bei 0,20 € pro kWh etwa 22.500 € für Luft, die aus Verschraubungen und Schläuchen entweicht. Wer nachts bei stillstehender Produktion die Leistungsaufnahme des Kompressors und den Leitungsdruck überwacht, sieht die Leckagelast direkt, denn wenn nicht produziert wird, entweicht die Luft, die der Kompressor dann noch liefert, durch Leckagen.

Energiemonitoring funktioniert genauso, nur in größerem Maßstab. Die meisten Werke bekommen eine einzige Stromrechnung, und die sagt nichts darüber, welche Maschine wie viel verbraucht. Stromzangen an den Hauptzuleitungen jeder Linie zeigen den Verbrauch pro Linie und Schicht und decken oft Maschinen auf, die übers Wochenende weiterlaufen, oder eine Linie, die deutlich mehr Energie braucht als die baugleiche daneben.

Aufzeichnungen zu Umgebung und Prozess zählen vor allem dort, wo Materialien empfindlich sind. Klebstoffe und Beschichtungen härten nur in einem bestimmten Temperatur- und Feuchtebereich richtig aus, Holz und Papier verändern ihre Maße mit der Luftfeuchtigkeit, und für die Lagerung von Lebensmitteln und Arzneimitteln gelten dokumentierte Grenzwerte. Ein Sensor, der alle paar Minuten protokolliert, liefert die Aufzeichnung, nach der ein Auditor oder Kunde fragt, und ein Alarm während der Schicht verschafft jemandem Zeit, Ware umzulagern oder eine Tür zu reparieren, bevor eine Charge verloren ist.

Beim Asset-Tracking geht es um zwei verschiedene Probleme. Zwischen Standorten können Anhänger, Container und Fahrzeuge GPS-Tracker tragen, die ihre Position melden. In einer großen Halle reicht GPS meist nicht hinein, deshalb setzt die Ortung in Innenräumen auf andere Verfahren, etwa Bluetooth-Beacons oder Tags, die an Toren und in Zonen erfasst werden. Klären Sie vor der Hardwareauswahl, welches der beiden Probleme Sie haben, denn Geräte und Kosten unterscheiden sich stark.

Welche Beispiele für IIoT-Geräte gibt es?

Hinter diesen Anwendungen stecken meist gewöhnliche, bewährte Messgeräte, die zusätzlich eine Funk- oder Netzwerkverbindung haben. Gängige Beispiele:

  • Funk-Vibrationssensoren, die mit Magnet, Gewindebolzen oder Klebstoff am Lagergehäuse befestigt werden und alle paar Minuten Vibration und Temperatur melden.
  • Stromwandler und Energiezähler, die im Verteilerschrank um Kabel geklemmt werden und den Stromverbrauch messen, ohne in die Verdrahtung einzugreifen.
  • Füllstandssensoren, meist mit Ultraschall oder Radar, die oben auf einem Tank montiert messen, wie voll er ist.
  • Druck- und Durchflusssensoren an Druckluft-, Wasser- und Prozessleitungen.
  • Temperatur- und Feuchtesensoren für Räume, Kühllager und Lagerflächen sowie Temperaturfühler für Öfen und Prozessanlagen.
  • Tür- und Kontaktsensoren, die melden, ob ein Tor, ein Schrank oder eine Schutzeinrichtung an einer Maschine offen ist.
  • Gassensoren für Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder andere Gase in geschlossenen Arbeitsbereichen.
  • Edge-Gateways, die Werte aus SPS und Zählern über Modbus oder OPC UA auslesen und an die Plattform weitergeben.
  • Tracker für Gabelstapler, Container und Anhänger, die sich auf dem Gelände oder zwischen Standorten bewegen.
  • Relais und Ventilsteuerungen, die auf Befehl Anlagen schalten oder ein Ventil öffnen und schließen.

Stromversorgung und Einbauort bestimmen einen großen Teil der praktischen Arbeit. Batteriesensoren lassen sich überall anbringen, müssen aber alle paar Jahre getauscht werden, während netzbetriebene Geräte einen Elektriker und einen Anschluss in der Nähe brauchen. In explosionsgefährdeten Bereichen sind Geräte nötig, die für die jeweilige Zone zertifiziert sind.

Bei der Geräteauswahl zählt das Protokoll so viel wie die Messgröße. Sensoren mit einem offenen Standard wie LoRaWAN oder MQTT lassen sich mit anderen Marken kombinieren und später auf eine andere Software umziehen. Ein Sensor, der nur mit der Cloud seines Herstellers spricht, bindet jede künftige Entscheidung an diesen Hersteller.

Für Energieprojekte führt Kilo Electronics neben anderen Industriesensoren auch Geräte für das Energiemonitoring, und Hardware jedes anderen Anbieters, die eine unterstützte Verbindung nutzt, funktioniert genauso.

Wie wird aus IIoT Smart Manufacturing?

Smart Manufacturing ist ein weiter Begriff, im Kern meint er aber ein Werk, in dem Daten aus Maschinen, Versorgungsanlagen und von Menschen zusammengeführt werden, um schneller zu entscheiden, zunehmend auch mit automatischen Aktionen. Industrial IoT liefert die Daten. Ob daraus Smart Manufacturing wird, hängt davon ab, was nach der Installation der Sensoren passiert.

Zuerst kommt das Zusammenführen der Quellen. Ein Vibrationswert sagt mehr, wenn daneben der Energieverbrauch der Maschine steht, und eine Kühlraumtemperatur mehr, wenn man weiß, ob die Tür offen ist. Das funktioniert nur, wenn Messwerte verschiedener Hersteller an einem Ort mit einheitlichen Namen und Einheiten landen.

Dann müssen die Daten zu Handlungen führen. Am häufigsten ist ein Alarm an eine Person, manche Reaktionen können aber automatisch ablaufen, etwa eine Pumpe abzuschalten, wenn ein Tank zur Neige geht, oder ein Ventil zu schließen, wenn ein Lecksensor Wasser erkennt.

Und sobald es auf einer Linie funktioniert, muss sich dasselbe Setup auf weitere Linien und Standorte übertragen lassen, damit das zweite Werk nicht bei null anfängt.

Läuft Kilo in Ihrer Fertigungshalle, lösen Sie das Zusammenführen, indem Sie Rohwerte verschiedener Hersteller einer normalisierten Metrik zuordnen. So sieht ein Dashboard oder eine Regel dieselbe Temperatur, egal welcher Sensor sie sendet. Für das Handeln geben Sie einer Regel einen gespeicherten Gerätebefehl, etwa um ein Ventil über eine LoRaWAN-Steuerung der Klasse C zu schließen oder ein per MQTT angebundenes Relais zu schalten, und Kilo protokolliert jeden Befehl mit seinem Ergebnis, vom Status „Zugestellt“ bis „Bestätigt“ oder „Fehlgeschlagen“.

Die meisten IoT-Lösungen für die Fertigung wachsen in dieser Reihenfolge: zuerst Monitoring, dann Alarme, denen die Leute vertrauen, dann automatische Aktionen für die wenigen Fälle, in denen die richtige Reaktion immer dieselbe ist. Direkt mit der Automatisierung einzusteigen, geht oft nach hinten los, weil noch niemand weiß, welche Messwerte verlässlich genug sind, um ohne vorherige Prüfung durch einen Menschen darauf zu reagieren.

Häufige Fragen zu IIoT-Anwendungen

Was unterscheidet IIoT in der Fertigung vom normalen IoT?

Die Technik ist weitgehend dieselbe, aber Industrial IoT arbeitet unter härteren Bedingungen: elektrische Störungen, Metallkonstruktionen, große Temperaturbereiche und Anlagen, die Jahrzehnte laufen. Außerdem wird es an Industrieprotokolle und Steuerungssysteme angebunden, und ein falscher Messwert oder ein verpasster Alarm kostet in der Regel deutlich mehr als beim Consumer-IoT.

Funktioniert IIoT-Monitoring auch mit alten Maschinen?

Ja. Ältere Maschinen haben oft analoge Ausgänge, typischerweise 4–20-mA-Signale, oder Relaiskontakte, die anzeigen, ob sie laufen, und kleine Wandler machen daraus Messwerte, die ein Gateway weitersendet. Hat eine Maschine gar keine Ausgänge, messen externe Sensoren für Vibration, Strom oder Temperatur von außen.

Gehören IIoT-Anwendungen zu Industrie 4.0?

Ja, als einer ihrer Bausteine. Industrie 4.0 ist ein breiteres Konzept, das im Rahmen einer Strategie der Bundesregierung entstand und 2011 auf der Hannover Messe öffentlich vorgestellt wurde; es umfasst die digitale Fertigung als Ganzes. Industrial IoT ist der Teil, der physische Anlagen vernetzt, damit sich ihre Daten nutzen lassen.

Sind IIoT-Anwendungen sicher?

Das können sie sein, wenn man sorgfältig vorgeht. Die Normenreihe IEC 62443 ist der wichtigste internationale Rahmen für die Sicherheit industrieller Automatisierungs- und Steuerungssysteme und wird zunehmend auch auf IIoT-Geräte und Gateways angewendet. Zu den Grundregeln gehören verschlüsselte Verbindungen, die Trennung des IIoT-Netzes vom Steuerungsnetz und eine Begrenzung der Systeme, die Befehle an Anlagen senden dürfen.

Um Maschinenzustand und Füllstände an Ihrem eigenen Standort nebeneinander zu sehen, setzen Sie je einen Vibrationssensor auf die drei Motoren, deren Ausfall Sie am härtesten treffen würde, und Füllstandssensoren auf die beiden Kühlmitteltanks, die am häufigsten zur Neige gehen. Richten Sie eine Regel ein, die alle drei Motoren überwacht und Alarm schlägt, wenn die Vibration an einem davon eine Stunde lang über einem von Ihnen festgelegten Grenzwert bleibt. Fünf Geräte und eine Regel passen in den kostenlosen Tarif von Kilo.