IoT und vernetzte Systeme

Übungsaufgaben zu Edge, Fog und Predictive Maintenance

Drei Übungsaufgaben zu Edge, Fog und Predictive Maintenance: In der Kernstufe ordnest Du für eine Barcamp-Session Technologien und Big-Data-Dimensionen zu, erklärst BYOD und grenzt Edge von Cloud ab. In der Profilstufe planst Du für einen Industrie-4.0-Rahmenbauer Predictive Maintenance mit Echtzeitdaten, Edge- und Fog-Knoten samt Kostenrechnung und sicherem Verhalten fahrerloser Transportfahrzeuge und entwirfst für eine Leihrad-Flotte die Datenverarbeitung mit Datenvolumen, Mehrwert von Edge, Cloudanbieter-Kriterien, Vorhersagewerten und Datenschutz.

Edge, Fog und Cloud: Big Data und Predictive Maintenance

Tausende Sensoren liefern pro Sekunde Messwerte, doch nicht alles muss in die Cloud. Der Artikel erklärt, was Big Data mit Volume, Velocity und Variety meint, wie Edge Computing Daten direkt an der Quelle verarbeitet, welche Rolle Fog Computing als Zwischenschicht spielt und wie Du damit Latenz, Übertragungskosten und Abhängigkeit von der Verbindung senkst. Danach geht es um Echtzeitdatenverarbeitung, Predictive Maintenance mit den passenden Daten, Vorhersagewerte und um sichere Verhaltensweisen autonomer Systeme. Zum Schluss ordnest Du Begriffe wie IoT, Industrie 4.0, KI, Cloud und BYOD ein.

Übungsaufgaben zur industriellen Kommunikation

Zwei Übungsaufgaben aus einer Rahmenfertigung: Du ordnest Sensoren, Steuerungen, Leitstand, MES und ERP der Automatisierungspyramide zu und untersuchst die OPC-UA-Verbindung zwischen Schweißzelle und MES – vom Informationsmodell bis zu PubSub mit Broker. Du vergleichst MQTT, OPC UA, Modbus TCP und SNMP und erläuterst Echtzeitdaten. In der zweiten Aufgabe wertest Du englische Texte zu EtherCAT und einem Modbus-Energiezähler aus und bindest die Zähler sicher ins Netz ein.

Industrielle Kommunikation: Automatisierungspyramide, Echtzeit, Modbus, EtherCAT und OPC UA

In einer Fabrik reden Sensoren, Steuerungen, Leitstände und ERP-System miteinander – aber nicht alle in derselben Sprache und nicht alle gleich schnell. Du lernst die Automatisierungspyramide mit ihren fünf Ebenen kennen und erfährst, was Echtzeit für ein Netzwerkprotokoll bedeutet. Danach geht es um Modbus (RTU und TCP), EtherCAT mit „processing on the fly“ und OPC UA mit Informationsmodell und Publish/Subscribe. Zum Schluss vergleichst Du die Protokolle mit MQTT und SNMP und sicherst Produktionsnetze ab.

Übungsaufgaben zu MQTT

Vier Übungsaufgaben zu MQTT: Du erläuterst den Ablauf zwischen E-Ink-Türschildern, Broker und Dashboard bei einem Barcamp, wählst Topic-Filter und prüfst, ob das IoT-WLAN reicht. Danach entwirfst Du eine Topic-Struktur für Akku-Ladeschränke, vergleichst in einer Pulverbeschichtung MQTT mit OPC UA, wählst QoS-Stufen und bestimmst die Wirkung von Retain. Zum Schluss meldest Du Raumsensoren passend zur Broker-Konfiguration an und sicherst die Verbindung ab.

MQTT: Publish/Subscribe, Topics, Wildcards und QoS

MQTT ist das Protokoll, mit dem Sensoren, Aktoren und Anwendungen im Internet der Dinge Nachrichten austauschen. Du lernst das Publish/Subscribe-Prinzip mit einem Broker in der Mitte kennen und erfährst, warum MQTT auf TCP aufsetzt und als zustandshaltend gilt. Danach geht es um den Aufbau von Topic-Strukturen, um die Wildcards + und #, um die drei QoS-Stufen, Retained Messages und den Last Will. Zum Schluss liest Du eine Broker-Konfiguration, richtest einen Client passend ein, berechnest die benötigte Bandbreite und vergleichst MQTT mit OPC UA.

Übungsaufgaben zu Funk- und Identifikationstechniken

Sechs Übungsaufgaben zu Funk- und Identifikationstechniken: Du kennzeichnest Leihgeräte und deutest das Datenblatt einer Kamera, planst die RFID-Selbstverbuchung einer Schulbibliothek, bewertest die Funkschnittstellen von Check-in-Terminals, wählst Codes und Scanner für ein Fahrradlager, vergleichst Funkstandards für Sensoren in Lager und Werkhalle und erläuterst NFC, RFID und LoRaWAN an vernetzten Lastenrädern.

Funk- und Identifikationstechniken: WLAN, Bluetooth, ZigBee, LoRaWAN, RFID, NFC und Codes

Ob ein Sensor seine Messwerte funkt, ein Roller geortet oder ein Paket erkannt wird: Immer stellt sich die Frage, welche Technik passt. Du lernst die wichtigsten Funktechniken für vernetzte Geräte kennen (WLAN, Bluetooth und BLE, ZigBee, LoRaWAN, Mobilfunk für das IoT), ordnest sie nach Reichweite, Datenrate und Energiebedarf ein und wählst begründet aus. Danach geht es um die automatische Identifikation mit Barcode, QR-Code, RFID und NFC: wie sie funktionieren, welche Energieversorgung sie brauchen, wo sie stören und wann welche Technik die bessere Wahl ist.

Übungsaufgaben zu Sensoren und Aktoren

Fünf Übungsaufgaben zu Sensoren und Aktoren: Du planst die Überwachung eines Serverraums nach dem EVA-Prinzip, überwachst Temperatur und Feuchte in einem Akkulager mit A/D-Wandler und Monitoring-Software, vermisst Rohre und liest Codes in einer Rahmenfertigung, bewertest die Sensoren eines fahrerlosen Transportfahrzeugs und vernetzter Lastenräder und baust zum Schluss mit einem Mikrocontroller einen Escape-Room auf.

Sensoren und Aktoren einsetzen: Messprinzipien, A/D-Wandlung und Einplatinencomputer

Sensoren erfassen, was in der Welt passiert, Aktoren greifen in sie ein, und dazwischen entscheidet ein Controller. Du lernst das EVA-Prinzip kennen, unterscheidest aktive und passive Sensoren und lernst gängige Sensoren für Temperatur, Feuchte, Bewegung, Abstand und Bilder kennen. Du wählst Sensoren nach Datenblatt aus, berechnest die Auflösung von A/D-Wandler und Kamera, bewertest Messwerte mit Toleranzen und Plausibilität und vermeidest Fehlalarme. Zum Schluss schließt Du Sensoren an einen Einplatinencomputer an und richtest Monitoring mit Benachrichtigungen ein.