IIoT & Energietechnik
Ein IoT-Gateway für Energieanlagen, das den Schaltschrank ersetzt
Ein kundenspezifisches Gateway mit zwei Prozessoren, das Anlagennetz und Leitstelle physikalisch trennt. Wir haben Hardware, Embedded Linux, Firmware, Dienste und Serienprüfung geliefert.
Die Aufgabe
Wer Erzeuger, Speicher und Verbraucher an eine Leitstelle anbindet, braucht an jeder Anlage ein Gerät, das Messwerte einsammelt, Sollwerte weitergibt und die Verbindung nach außen absichert. Beim Auftraggeber übernahm das bisher ein ganzer Schaltschrank mit Router und Steuerung. Der war zu teuer, um ihn tausendfach zu setzen.
Die Aufgabe war, die Funktion dieses Schaltschranks in ein Hutschienengerät zu bringen: Modbus über RS485 und Ethernet, analoge und digitale Ein- und Ausgänge, LTE mit zwei SIM-Karten, WLAN, ein Temperaturbereich von -20 bis +85 °C. Und eine Bedingung aus den Regeln für die Anbindung von Energieanlagen: Das Netz der Anlage und die Verbindung zur Leitstelle dürfen keinen gemeinsamen Netzwerkpfad haben.
Die Lösung
Das Gateway hat zwei Prozessoren. Das Ethernet zur Anlage endet an einem Mikrocontroller, der nichts anderes tut, als Modbus-Nutzdaten aus den Paketen zu nehmen und sie über eine serielle Leitung an den Linux-Hauptprozessor zu geben. Zwischen Anlagennetz und Cloud-Anbindung gibt es damit keinen Weg, auf dem ein IP-Paket durchkommt, und der Nachweis dafür steht im Schaltplan statt in einer Firewall-Regel.
Der Hauptprozessor läuft mit einem eigenen Embedded Linux. Die Verbindung zur Leitstelle ist ein VPN, dessen Zertifikate in der Fertigung erzeugt werden. Ein neues Zertifikat ersetzt das alte erst, wenn eine Verbindung damit zustande kam; ein Firmware-Update landet in einem zweiten Slot und wird erst dauerhaft, wenn das Gerät danach die Leitstelle erreicht. Sonst bootet der alte Stand. Der Konfigurations-Webserver ist nur nach Tastendruck und nur für kurze Zeit erreichbar, und die Leitstelle kann jederzeit einen Hash des Programmspeichers abrufen.
Wir haben Konzept, Haupt-, Bedien- und Erweiterungsplatine, das Linux-System, die Firmware des zweiten Prozessors auf semf, die Dienste für Gerätemanagement, Überwachung und Tunnel sowie die Prüfung geliefert, von den Integrationstests in der Pipeline bis zur EMV-Qualifizierung. Für die Serie steht ein Prüfplatz auf qdTest, der jedes Gerät kontaktiert, misst, registriert und mit Zertifikaten versieht. Der Auftraggeber baut darauf seine Anlagenlogik und bringt das Gerät in Verkehr.