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Was ist die Datacake D Zero? Was kann ich damit machen?

Datacake D Zero

Die Datacake D Zero ist eine Hardware für die Erfassung digitaler und analoger Signale. Sie bietet Anschluss für industrielle Sensoren oder 24-Volt Signale aller Art. Die erfassten Messwerte werden über das Mobilfunknetz an eine dazugehörige Cloud Plattform übertragen. Für die Inbetriebnahme wird keine Programmierung benötigt.

Innerhalb weniger Mausklicks liegen die Messdaten aufbereitet und über individuelle Dashboards visualisiert vor. Dank On-Board eSIM und weltweit einheitlichem Tarif kann die D Zero überall auf der Welt eingesetzt werden.

Durch das schlüsselfertige Konzept eignet sie sich perfekt für die Digitalisierung in kleinen und mittelständischen Unternehmen, wo sich Know-How auf die Kernkompetenz des Unternehmens konzentrieren, Digitalisierung und IoT aber dennoch aktuelle Themen sind.

Formfaktor

Die Datacake D Zero kommt als Modul für die industrielle Hutschiene. Sie ist demnach als Baustein für weitere Produkte zu verstehen und sollte daher immer in einem extra Schaltschrank oder Installationsgehäuse installiert werden.

Funktionelle Beschreibung

Die Datacake D Zero basiert auf einem leistungsstarker Microcontroller. Dieser liest kontinuierlich und in einem hohen Takt, die angeschlossenen Sensoren aus. Diese werden über spezielle A/D-Wandler oder Treiberbausteine in das digitale Format gewandelt. Eine spezielle Firmware, das sog. D Zero OS, kümmert sich in Hintergrund um die Verbindung zum Mobilfunknetz und zur Cloud, liest Sensoren aus und überträgt die gewonnenen Messdaten automatisch.

Eigenschaften

  • 120 MHz STM32F2 Microcontroller

  • FreeRTOS Echtzeit-Betriebssystem

  • uBlox SARA-U201 2G/UMTS Mobilfunkmodem

  • Direkt aufgelötete Embedded SIM-Karte

  • 4 Megabyte On-Board Flash-Speicher

Schnittstellen

  • 24 Volt Eingangsspannung

  • 8 digitale Eingänge, opt. als Flankenzähler bis 2 KHz

  • 6 analoge 0-24mA Eingänge, für 4-20mA Transmitter

  • 3 Eingänge für 2-Leiter PT100 Temperatursensoren

  • 2 Solid State Relais für bis zu 36V

  • 1 RS485 Datenschnittstelle

Digital-Eingänge

Auf der D Zero stehen 8 digitale Eingänge zur Verfügung, welche zur Messung bzw. Erfassung von Schaltsignalen oder das Zählen von Impulsen (Flanken) genutzt werden können. Diese Eingänge haben folgende Eigenschaften:

  • Eingangsspannung: 7 bis 27 Volt

  • Frequenz des Impulszählers: bis max. 2 kHz

Analog-Eingänge

Auf der D Zero stehen 6 analoge Eingänge, welche zur Strommessung für industrielle Transmitter nach dem IEC-Einheitssignal verwendet werden können, zur Verfügung. Diese Eingänge haben folgende Eigenschaften:

  • Messbereich: 0 bis 24 mA

  • Auflösung: 15 Bit

  • Interne Abtastrate: 4 Samples pro Sekunde

RS485 Schnittstelle

Zur Kommunikation mit intelligenten Sensoren, einer SPS oder anderen Steuerungssystemen steht eine RS485-Schnittstelle zur Verfügung. Diese spricht das Modbus-RTU Protokoll und hat folgende Eigenschaften:

  • Halb-Duplex Transceiver

  • On-Board Modbus-RTU Treiber

  • Unterstützung verschiedener Baud-Raten oder Schnittstellen-Konfiguration

  • Definition der Modbus-Protokoll-Definition über Parameter in Cloud

  • Periodisches Abfragen einzelner Register

  • Ansteuerung von Funktionen

Kein Linux-Betriebssystem

Wir definieren die Tatsache, dass wir kein Linux-Betriebssystem einsetzen, ganz bewusst als Feature - aus den folgenden Gründen: Ein Linux Betriebssystem benötigt entsprechende Komponenten wie einen großen Arbeitsspeicher, großes Speichermedium, mittelmäßig leistungsstarke CPU. Diese Komponenten bringen einen erheblichen Aufwand für das Betriebssystem mit sich. Außerdem steigt mit der Komplexität auch die möglichen Angriffspunkte für potentielle Angreifen.

Wir haben uns daher ganz bewusst für den Einsatz eines Microcontroller-basierten System entschieden. Mit der Folge, dass unsere Hardware weniger Komplex ist und somit einfacher zu handhaben, da:

  • Einfachere Wartung

  • Keine großen Speichermedien erforderlich

  • Langzeitstabil

Das Betriebssystem

  • Grundlegender Betrieb kein Eingriff des Nutzers notwendig

  • Selbstständiger Verbindungsaufbau mit Mobilfunknetz und Datacake Cloud Plattform

  • Automatische Abfrage der angeschlossenen Sensoren

  • Übertragung der Messwerte nach benutzerdefinierten Regeln

  • Einsparung des Datenvolumen durch Übertragung nur dann, wenn auch sinnvolle Veränderung der Messwerte vorliegen

  • Fähigkeit des Software-Update über das Mobilfunknetz

  • Logik durch Rule-Engine

Cloud

Die Datacake D Zero kommt mit dazugehöriger Cloud. Auf dieser Plattform können Sie eigene Dashboards erstellen, Leute für die Zusammenarbeit hinzufügen oder ganz eigene Sub-Bereiche, sog. Tenants (oder wie sie bei uns genannt werden: Workspaces) erstellen.

Die Datacake Cloud ist so wie die zugehörige Hardware (ob Datacake D Zero oder Masterbrick) für den Einsatz als IoT Lösung für Ihre Produkte, Maschinen oder Geschäftsmodelle konzipiert. Demnach verfolg auch sie das Ziel, eine schlüsselfertige Lösung zu bieten, mit der sämtlich benötigte Komponenten per Mausklick zur Verfügung stehen.

Und so muss auch die Datacake Cloud für die Anpassung an Ihre Produkte oder Geschäftsmodelle nicht vorab programmiert werden. Dashboards können per Drag and Drop erstellt, Benutzer per Mail eingeladen und Rechte sowie weitere Funktionen per Mausklick individualisiert werden.

Keine Programmierung erforderlich

Highlight der D Zero ist das Parametrieren sämtlicher Einstellungen über das Web-Interface der Datacake Cloud. Egal ob Abfrage eines Sensors, zur Automation oder andere Projekte. Dies bedeutet:

Für die Inbetriebnahme der D Zero muss kein spezielles Programm in einer Programmiersprache erstellt und vorab auf das Modul programmiert werden. Sämtliche Parameter und Einstellungen können bequem und ohne spezielle IT- oder Programmierkenntnisse per Knopfdruck übertragen werden. Vom Sensor bis zur Cloud vergehen so in der Regel nur wenige Minuten.

  • Definieren Sie angeschlossene Sensoren und dessen Messbereich über Masken

  • Bestimmen Sie, wie oft Messwerte übertragen werden sollen

  • Entscheiden Sie dabei welche Messwerte besonders wichtig sind

  • Legen Sie Regeln für kleinere Automationsaufgaben mit Hilfe des Editors fest

Übertragung über das Mobilfunknetz

Die Kommunikation mit Cloud findet über das Mobilfunknetz statt. Dazu kommt die D Zero mit einem Modem, welches sich entweder über das UMTS oder aber - als Fallback - über das 2G Netz verbindet. On Board ist eine Embedded SIM Karte. Diese kommt mit weltweit einheitlichem Tarif ohne Gebühren für Roaming und einem inkludierten Datenvolumen von 3 Megabyte pro Monat.

Mobilfunkmodem, SIM Karte und Tarif sind bereits betriebsbereit. Ist die Stromversorgung der D Zero hergestellt, verbindet sich das Modem automatisch mit dem Internet und der Datacake Cloud Plattform.

Eigenschaften

  • UMTS Mobilfunkmodem mit 2G Fallback (NB-IoT verfügbar)

  • Embedded SIM Karte mit weltweitem Tarif (keine fremde Karte notwendig)

  • Transparente Darstellung der Kosten und des Datenvolumen über Cloud

  • Bidirektionale Kommunikation zwischen D Zero und Cloud

  • Regelmäßiger Ping zwischen Cloud und D Zero

  • Abfrage aktueller Messwerte zu jedem Zeitpunkt

  • Software-Update Over the Air (für Einspielung von Updates, Custom Firmware)

Optimierte Übertragung

In Zeiten von Smartphones mögen 3 Megabyte Datenvolumen sehr gering erscheinen. Die Übertragung der Messwerte ist jedoch dahingehend optimiert, dass pro Messwert nur wenige Byte an Informationen übertragen werden müssen. Und dies inklusive Verschlüsselung der Daten.

Mit einem Datenvolumen von 3 Megabyte pro Monat kommt man somit in der Regel über den gesamten Monat aus. Intelligente Funktionen wie Hysterese helfen darüberhinaus bei der idealen Nutzung des Datenvolumen.

Was passiert wenn ich das Datenvolumen von 3 Megabyte pro Monat vollständig genutzt habe?

Keine Sorge. Die intelligenten Funktionen der Firmware verhindern dies in den meisten Fällen. Sollte das Datenvolumen von 3 Megabyte pro Monat nicht ausreichen, so wird jedes weitere, verbrauchte Megabyte mit 1,40€ berechnet.

Warum verbrauche ich mein Datenvolumen?

Gründe hierfür sind in der Regel falsch gesetzte Einstellungen oder eine Anforderung, die es mit sich bringt, dass Messwerte mit einem hohen Intervall übertragen werden müssen.

Verschlüsselung und Sicherheit

Noch auf der D Zero werden die zu übertragenden Daten mit Hilfe des DTLS Protokoll verschlüsselt. Dazu nutzt die Firmware einen speziellen Schlüssel, den nur die Cloud kennt. Mit Hilfe des Schlüssels werden die von der Cloud empfangenen Daten wieder entschlüsselt. Während der Übertragung sind die Daten vollständig verschlüsselt.

Wir verwenden hier modernste Verfahren, die stets kontrolliert und erweitert werden. Darüber hinaus werden die Schlüssel zur Anmeldung an die Datacake Cloud Plattform oder zur Verschlüsselung der Daten regelmäßig ausgetauscht.

Mehr zum Thema Sicherheit finden Sie unter folgendem Link:

Was kann ich mit der D Zero machen?

Die Möglichkeiten der D Zero und Cloud Plattform sind vielfältig. Sie reichen von der einfachen Überwachung eines Sensors bis hin zur Basis für ein ganzes Produkt. Nachfolgend werden einige Beispiele als Oberbegriff genannt.

Monitoring

Angeschlossene Sensoren, Schaltquellen oder Impulssignale können als Quelle für die grafische Darstellung in individuellen Dashboards genutzt werden. Hier stehen eine Handvoll sog. Widgets zur Verfügung, die Sie mit Hilfe eines Drag and Drop Editors auf das Dashboard ziehen.

Beispiel: Dashboard für Monitoring der Luftqualität, erstellt per Drag and Drop

Eigenschaften

  • 24/7 Überwachung von angeschlossenen Sensoren, Schaltsignalen

  • Erstellung von individuellen Dashboards per Drag and Drop Web Editor, für Visualisierung der Messwerte

  • Alarmierung per SMS, E-Mail oder Push (Details dazu weiter unten)

Datenlogging

Übertragene Messwerte werden grundsätzlich in einer Langzeit-Datenbank hochauflösend und als Rohdaten gespeichert. Die Datacake Cloud Plattform bietet diverse Tools, die auf diesen Daten Analysen fahren, und dessen Ergebnisse mit entsprechenden Tools visuell Darstellen.

Beispiel: Wöchentliche Datenauswertung div. Sensorquellen

Eigenschaften

  • 24/7 Langzeitspeicherung der Messwerte angeschlossener Sensoren, wie etwa Temperatur oder Druck

  • Verlustfreie Speicherung der Daten in hochauflösender Form

  • Dynamische Time Series Datenbank mit verschiedenen Methoden der Auswertung

  • Export der Informationen als Excel oder CSV

  • Offene REST API für das Auslesen der Daten

Automation

Die beiden Schaltausgänge der Datacake D Zero können mit Hilfe einer internen Rule-Engine auf Basis der angeschlossenen Sensoren angesteuert werden. Die Auswertung der Sensoren findet dabei noch auf der D Zero selbst statt. Dies bedeutet, dass selbst bei einem Ausfall der Mobilfunkverbindung die Automation der Ausgänge weiterhin funktioniert.

Ebenfalls muss für diese Form der Automation keine Programmierung stattfinden. Die jeweiligen Bedingungen für das Ein- oder Ausschalten eines Ausgangs, werden über die Datacake Cloud Plattform per Web-Interface definiert und per Mausklick an die D Zero übertragen.

Eigenschaften

  • Aufstellung kleiner Regeln auf der D Zero

  • Ansteuerung der Schaltausgänge

  • Aktualisierung von Eingängen

  • Veränderung der Konfiguration (z.B. höhere Sendeintervalle bei kritischen Werten)

Erweiterte Automation über Node-RED

Ein optionales Feature der Datacake Cloud ist die Integration von Node-RED in Form eines eigenständigen Servers. Wir nennen dies Cake Red.

Per Knopfdruck können Sie sich für einen zusätzliche monatlichen Beitrag von 14,99€ (inkl. MwSt.) eine Instanz mieten, welche die volle Funktionalität von Node-RED mit sich bringt.

Ein sog. Flow in Cake Red: Hier können komplexe Abläufe oder gar "Apps" per visuellem Editor erstellt werden.

Mit Hilfe Cake Reds erhalten Sie folgende Funktionalität:

  • Erweiterte Automation

  • Zugriff auf sämtliche Node-RED Erweiterungen

  • Keine Limitierungen, keine Einschränkungen

  • 24/7 Laufzeit

M2M

Nutzen Sie unser Datacake D Zero (oder andere Hardware) für die Kommunikation zwischen Ihren Produkten (z.B. Maschinen oder Anlagen).

Sämtliche Module werden in der Datacake Cloud registriert. Dort können nach Vorbild der Automation einfache Regeln definiert werden. Diese können dann dafür genutzt werden, um z.B. eine Maschine auf Basis von Messwerten eines entfernten Sensors in ihrem Einschaltverhalten zu kontrollieren.

Eine Kommunikation kann hier nicht nur zwischen zwei oder mehreren Datacake D Zero stattfinden. Es ist grundsätzlich möglich, dass die Ausgänge der D Zero durch Daten anderer Hardware oder gar fremder Datenbanken angesteuert werden. Außerdem können Messdaten der D Zero für das Ansteuern von Funktionen fremder Hard- oder Software genutzt werden.

Eigenschaften

  • Steuern Sie maschinenübergreifend mit Hilfe des Mobilfunknetzes

  • Legen Sie die Logik für diese Steuerung bequem in der Cloud fest

  • Nutzen Sie Messwerte als Quelle für die Automation einer D Zero

  • Binden Sie Hard- oder Software von Drittanbietern zur Nutzung als Quelle für die Automation ein.

Alarmierung

Eine von uns oft gesehene Anwendung ist die Alarmierung per SMS, E-Mail oder Push (über Smartphone App). Im Zusammenhang mit der D Zero ist dies innerhalb weniger Minuten umgesetzt.

Hierzu bietet die Datacake Cloud Plattform die Möglichkeit, dass mit Hilfe der Cloud Rule-Engine Regeln definiert werden können, die beim Brechen (zum Beispiel durch Überschreitung eines Grenzwertes) dazu führen, dass eine individuelle Nachricht (z.B. Warnung) per SMS oder E-Mail gesendet wird.

Beispiel: Editor für das Erstellen von Alarmierung per SMS und E-Mail

Ferner kann festgelegt werden, welche Benutzer diese SMS oder E-Mails bekommen - und welche nicht. Nutzen Sie diese Funktion zum Beispiel dazu, um individuelle Mitarbeiter, Service-Personal oder andere Personen über den Zustand Ihrer Maschinen zu informieren. Sollten gewisse Parameter aus der Reihe tanzen, werden die jeweilig verantwortlichen Personen umgehend informiert.

Eigenschaften

  • Legen Sie Regeln wie Grenz- oder Sollwerte fest

  • Lassen Sie sich alarmieren, wenn diese Regeln gebrochen werden

  • Versenden Sie SMS, E-Mail oder Push Nachrichten

  • Weisen Sie unterschiedliche Regeln an unterschiedliche Mitarbeiter zu

  • Vergabe individueller Texte für Benachrichtigung, SMS oder E-Mail

Condition Monitoring

Die Summe der Kombination aus den oben stehenden Möglichkeiten stellt deutlich dar, dass die Datacake D Zero das perfekte Tool für ein Condition Monitoring System ist.

Lösung für das gesamte Unternehmen

Egal ob als Basis für neue Produkte oder auch als Retrofit-Lösung für bestehende, im Feld befindliche Produkte. Sowohl die Datacake D Zero als auch dessen zugehörige Cloud Plattform ist für die Verwendung in Produkten, Maschinen oder Ihrem Unternehmen konzipiert. Sie stellt eine IoT Plattform oder Basis dar und bringt alles mit, was man für die Erstellung eines solchen Produktes benötigt.

Eigenschaften

  • White Label Option für Firmen-Branding

  • Mandantenfähigkeit für das Management von Kunden, Händlern oder anderen Gruppen

  • Flottenmanagement für die Online-Verwaltung sämtlicher Geräte

  • Erstellung individueller Dashboards, maßgeschneidert auf die Anforderungen Ihrer Produkte oder Geschäftsmodelle

Erste Schritte mit der D Zero

Nun Schluss mit der Theorie. Wenn Sie bereits eine D Zero besitzen, dann sollten wir nun loslegen und mit der Ersteinrichtung starten. Folgen Sie dazu einfach den Anweisungen im nächsten Kapitel “Erste Schritte”!