Mit unserer Software „Datenlogger“ können Messwerte beliebig vieler Messsysteme aufgezeichnet und weiterverarbeitet werden. Die Ankopplung der Messwerte erfolgt über unsere WLAN Messmodule über das drahtlose MQTT Protokoll. Die Software ist geeignet zur Aufzeichnung von Langzeitverläufen von Messwerten, wie sie z.B. von einer Funk-Messuhr übertragen werden. Die Messuhren oder andere Messmittel verfügen über eine Digimatic Datenschnittstelle. Über diese Schnittstelle werden unsere Funkmodule angeschlossen und übertragen die Messwerte kabellos zum MQTT Broker. Die Messsoftware erhält diese Daten vom Datenbroker zur Aufzeichnung, Darstellung und Archivierung. Der Messverlauf kann tabellarisch oder grafisch dargestellt werden. Zu jedem Messwert wird der Zeitstempel der Messung mit erfasst. Somit sind vergleichende Messungen vieler Datenquellen möglich. Über zusätzliche Aufzeichnungskanäle lassen sich weitere Messgrößen erfassen. Z.B. werden bei Langzeitmessungen oft Klimadaten wie Temperatur und Luftfeuchte mit aufgezeichnet.

Die Messkanäle können verschiedenen Datenkanälen zugeordnet werden. Möglich ist die direkte Anzeige durch das Programm, die Speicherung in einer SQLite Datenbank, die Speicherung in einer Textdatei (.CSV) oder das direkte Übertragen in die Tabellenkalkulation Excel. Es können mehrere Kanäle gleichzeitig aktiviert werden.

Kontaktieren Sie uns um weitere Informationen zu unserer Messsoftware zu erhalten.

Die Mitotoyo Innenmikrometer besitzen eine Digimatic Schnittstelle zur digitalen Übertragung der Messwerte. Es werden von Mitutoyo und Mitbewerbern Module angeboten, welche diese Schnittstelle verwenden um die Messwerte an ein nachgelagertes System zu übertragen. Die Übertragung erfolgt entweder über ein Kabel oder über ein Funkmodul, welches jedoch auch über ein Kabel angeschlossen ist.

Unser Funkmodul wird direkt am Innenmikrometer angebracht. Dadurch ist eine sehr komfortable Handhabung des Messgerätes möglich, ohne auf ein störendes Kabel Rücksicht zu nehmen.

Als weiteres Alleinstellungsmerkmal senden unsere Funkmodule direkt in das WLAN Netzwerk im Unternehmen. Die Funkleistung ist deutlich höher und damit zuverlässiger als eine Punkt-zu-Punkt Funkverbindung zu einem einzelnen Empfänger wie dies z.B. mit Bluetooth möglich und üblich ist.

Mitutoyo Innenmikrometer mit montiertem M4IMM Funkmodul

Funkmodul zur Montage auf einem Mitutoyo Innenmikrometer zur Funkübertragung von Messwerten über das MQTT Protokoll. Das Funkmodul kann mit unseren Standard M4 Akkus mit Strom versorgt werden. Für die eingesetzten Messmittel ist somit nur ein einzelnen Akkusystem notwendig welche an einer zentralen Ladestation geladen und bereitgestellt werden.

WLAN Funkmodul für das Mitutoyo Innenmikrometer

Unsere Messablauf Software Newim dient zur Verwaltung von Prüfplänen und zum Abarbeiten von Messabläufen in einer Industrie 4.0 Infrastruktur. Die Messmittel können über Module angebunden werden. Werte noch nicht digitalisierter Messmittel können als Handeingabe hinzugefügt werden.

Die Software richtet sich an professionelle Benutzer.

Features

  • Skalierbare Mehrbenutzer Anwendung in einer Client-/Server Architektur.
  • Serverseitige Cloud-Option.
  • MQTT Client zur Ankopplung an MQTT fähige Messgeräte.
  • REST Client zur Automatisierung über ein MES System.
  • Datenhaltung in einer SQL Datenbank.
  • Rich Client auf Windows Betriebssystem.
  • Prüfplanverwaltung mit Import-/Export zu QStat/QDas.
  • Visuelle Prüfablaufmodellierung.
  • Werkerführung zur Prüfplan-Abarbeitung.
  • Stammdatenverwaltung aller relevanter Stammdaten.
  • Schnittstelle zu SAP Stücklisten.
  • Internationalisierte Oberfläche für unterschiedliche Landessprachen und Zahlenformaten.
  • Optionale Versionierung von Prüfplänen.
Beispiel einer visuellen Modellierung eines Prüfablaufs

Die Software mqtt2file ist die Basissoftware zum Betrieb unserer Funkmodule.

Die Software soll 2 Aufgaben erfüllen:

  • Das MQTT Funkmodul bei der ersten Inbetriebnahme zu konfigurieren.
  • Messwerte welche über das WLAN Funkmodul gesendet wurden anzuzeigen und bei Bedarf in eine Datei zu schreiben.

Diese beiden Aufgaben decken den Mindestbedarf an Software ab, um mit einem MQTT Modul zu arbeiten.

Die beiden Aufgaben sind prinzipiell unabhängig. Da MQTT Funkmodule oft in einer übergeordneten und externen MQTT Infrastruktur betrieben werden, wird die Software häufig nur dazu verwendet um die MQTT Module zu konfigurieren und Tests für den Datenempfang mit den Modulen durchzuführen.

Die Software ist kostenlos und lauffähig unter MS Windows und Android. Das Installationspaket bzw. die ausführbare Datei kann auf unserer Service/Downloadseite heruntergeladen werden.

Nach dem Start der Sofware wird die Hauptauswahl zur Konfiguration angezeigt.

Wenn beim Start der Anwendung bereits eine gültige Konfiguration gefunden wird, wird nach einer kurzen Pause direkt in den Mess-Modus geschaltet. Ist noch kein Modul konfiguriert bleibt der Startbildschirm stehen. Die einzelnen Menüpunkt zeigen durch einen grünen Haken dass dieser Punkt bereits konfiguriert und betriebsbereit ist.

Durch Klick auf ein Menüpunkt wird dieser Bereich geöffnet und die darunter enthaltenen Einstellungspunkte werden sichtbar.

Der Menüpunkt „MQTT“

Im Menüpunkt MQTT kann die Verbindung zu einem MQTT Broker eingestellt werden. MQTT kommuniziert über das Internet. Entsprechend wird unter „Server“ die IP Adresse des MQTT Servers eingetragen. Der verwendete Port ist normalerweise 1883. Optional können zur Absicherung der Verbindung die im MQTT Broker vergebenen Zugangsdaten (Benutzername und Passwort) eingegeben werden. In optionalen Firmware-Varianten ist eine zusätzliche Absicherung durch SSL möglich.

Basis Topic definiert den Basis-MQTT-Topic welcher für die Erfassung von Messwerten verwendet wird. Dies ist normalerweise der Topic einer zuvor konfigurierten Messuhr oder anderen IoT-Device.

Der Abschnitt „Messuhr Einrichten“

Eine fabrikneue Messuhr oder anderes MQTT-Funkmodul muss vor der ersten Verwendung dahingehend konfiguriert werden, dass es sich mit einem vorhandenen WLAN Netzwerk und einem vorhandenen MQTT Broker verbinden kann.

Ist diese Verbindung einmal hergestellt, kann jeder Client in dieser MQTT Infrastruktur – auch gleichzeitig – auf die Ergebnisse und Messwerte des Messgerätes zugreifen.

Ebenso über MQTT werden Konfigurationsparameter wie Standby-Zeit oder die Warnmeldung bei niedrigem Batteriestand eingestellt.

Das Handbuch zum Betrieb und zur Konfiguration der MQTT Funkmodule kann hier als PDF Datei heruntergeladen werden.

Problemlösungen

Android: WLAN Verbindung mit dem Modul kann nicht hergestellt werden

Problem: Ein rAAAreware MQTT Modul soll mit dem Programm mqtt2file neu konfiguriert werden. Das Modul wurde bereits in den Konfigurationsmodus versetzt und öffnet nach dem Einschalten einen Access-Point.
Im Programm mqtt2file erscheint die SSID des Netzwerkes nicht in der Liste der erkannten zu konfigurierenden Devices. In der Statusleiste des Smartphones erscheint eine Meldung „Android-System:“ „In WLAN-Netzwerk anmelden“, gefolgt von der SSID der Device zu der verbunden werden soll.

Situation: Das Android Betriebssystem ist schon mit dem WLAN Netzwerk des IoT Device verbunden, jedoch kann das Programm mqtt2file das verbundene Netzwerk nicht abrufen. Damit das Programm die Netzwerke abrufen kann müssen dem Programm die notwendigen Rechte gegeben werden.

Lösung: Gehen Sie im Android System zu „Einstellungen“ > „Apps“ > „mqtt2file“ > „Berechtigungen“. Die vom System gewährten und verweigerten Funktionen werden in einer Liste angezeigt. Erscheinen in der Liste „Zugriff abgelehnt“ Einträge: Tippen Sie auf diese Einträge und wählen Sie für den Eintrag „Immer zulassen“.

Starten Sie das Programm mqtt2file neu. Das verbundene Netzwerk sollte nun in der Konfiguration angezeigt werden, so dass die neue Konfiguration zur Device gesendet werden kann.

Android Installation

Detailinformationen zur Installation auf Android Systemen finden Sie hier.

Fernbedienung für MQTT.

Die Bedieneinheit als Batteriebetriebenes IoT Device dient dazu beliebige MQTT Botschaften auf Knopfdruck manuell zu versenden und MQTT Botschaften zu empfangen und auf der eingebauten Anzeige darzustellen.

MQTT als Protokoll für IoT und IIoT erfreut sich steigender Beliebtheit in der Automatisierung von Prozessen und Anlagen. Mit unserer MQTT Fernbedienung können wir die nach unserem Kenntnisstand erste und einzige Fernbedienung liefern welche als direkt MQTT Botschaften versenden und empfangen kann.
Für jede der 4 Tasten der Fernbedienung lassen sich Aktionen programmieren, welche beim drücken und loslassen der Taste ausgeführt werden sollen.

Produktbild MQTT Fernbedienung
Produktbild MQTT Fernbedienung mit aufgestecktem LiIon-Akku

Natürlich können MQTT Botschaften auch von jedem PC oder Smartphone abgesendet werden. Diese Fernsteuerung ist für Situationen gedacht, in welchen unabhängig von einem Rechner einfache Befehle gesendet werden sollen. Weiter ist der Handsender sehr schnell einsatzbereit: Wenige Sekunden nach dem Einschalten können Fernsteuervorgänge mit dem mobilen MQTT Client ausgeführt werden.

Besonderheiten

Die Besonderheit dieser Fernbedienung besteht darin, dass sie hoch konfigurierbar ist. Die Grundkonfiguration kann hierbei über eine eigene Web-Oberfläche vorgenommen werden. Die Konfiguration kann ergänzend auch über MQTT selbst vorgenommen werden. Dies bedeutet MQTT extrem: Über ein MQTT Backend lassen sich  Funktionen und Aufgaben der Fernbedienung während des Betriebs dynamisch zuordnen und zuweisen.

Zielsetzung

In der Praxis kommt es vor, dass bestimmte MQTT Aufgaben zur Steuerung oder Regelung manuell angestoßen werden sollen. Normalerweise werden solche MQTT Topics dann über einen MQTT Client auf einem PC oder Smartphone abgesetzt. Speziell im mobilen Einsatz ist dies jedoch unter umständen ungünstig, umständlich oder schlicht nicht möglich. Mit einem sehr kleinen batteriebetriebenen MQTT Sender wie unserer MQTT Fernbedienung ist es problemlos möglich, auch unterwegs und ohne expliziten Rechner manuell MQTT Aktionen durchzuführen.

Einsatzbereiche

Die Einsatzbereiche sind im praktischen Industrieumfeld einer MQTT Infrastruktur. Auch für Test-Szenarien oder Versuchsaufbauten ist der MQTT Sender als Fernsteuerung einsetzbar.

Funktionsweise

Bei jedem Druck und bei jedem Loslassen einer Taste wird eine zuvor konfigurierte MQTT Botschaft (Publish) abgesetzt. Sowohl die verwendete Adresse (Token) der Botschaft also auch der Inhalt der Botschaft (Payload) kann für jede Taste konfiguriert werden.

Inbetriebnahme und Konfiguration

Die IoT Device kann im laufenden Betrieb dynamisch konfiguriert werden. Die Konfiguration kann sowohl über eine eigene Web-Oberfläche von jedem Browser aus vorgenommen werden oder auch über MQTT durchgeführt werden.
Beim ersten Einschalten ist noch kein WLAN Netzwerk und noch kein MQTT Broker zur Kommunikation festgelegt. Wenn noch keine Konfiguration festgelegt ist geht die Fernbedienung ein einen alleinigen Konfigurationsmodus. In diesem Modus öffnet das Gerät einen eigenen WLAN-Accesspoint. Über diesen kann dann die Grundkonfiguration vorgenommen werden.

Konfigurationsansicht für den MQTT Sender
Hauptbildschirm der Konfigurationsansicht des MQTT Handsender

Wurde eine Grundkonfiguration durchgeführt verbindet sich die Device mit dem angegebenen WLAN-Netzwerk und dem angegebenen MQTT Broker. Über das WLAN Netzwerk erhält die Device eine IP Adresse (DHCP). Über diese Adresse kann dann wieder die Konfigurationsseite von jedem Browser aus aufgerufen werden.

Bedienung

Die Fernbedienung wird mit dem Hauptschalter Ein- und Ausgeschaltet.
Nachdem die Funkverbindung mit WLAN und Broker hergestellt ist kann über die 4 Tasten jeweils eine Botschaft versendet werden. Mehrere Tasten können gleichzeitig gedrückt werden. Eingehende Botschaften werden auf dem Display angezeigt.
Auf dem eingebauten OLED Display können neben den Beschriftungen der Tasten bis zu 3 weitere Textzeilen angezeigt werden. Die letzte Zeile im Display zeigt den Status der Device und die zuletzt gesendete Botschaft. Lange Texte werden über den Bildschirm gescrollt.
Über 3 Symbole auf der linken Seite werden Zusatzinformationen zum Gerät angezeigt:

  • WLAN Signalstärke, durchgestrichenes WLAN Symbol wenn die Anmeldung am WLAN Netzwerk nicht erfolgreich war.
  • MQTT Broker Status. Ein „M“ Symbol zeigt an, dass die Verbindung zum MQTT Broker noch nicht hergestellt ist.
  • Batteriesymbol mit Ladestandanzeige des angeschlossenen Akkus bzw. der externen Stromversorgung.

Die Fernbedienung wird im Normalfall mit einem Lithium-Ionen Akku mit Energie versorgt. Dies ist im Vergleich zu einer Infrarot-Fernbedienung ungewöhnlich – jedoch sendet die IoT Fernbedienung auch in einem WLAN mit einer Reichweite von bis zu 300 Metern anstatt über eine sehr kurze Distanz mit Infrarot-Licht. Entsprechend ist der Stromverbrauch der Fernbedienung höher. Das Li-Ion-Wechselakku-System ermöglicht ein einfaches Tauschen der Akkus zur Spannungsversorgung. Mit mehreren Akkus und unseren Ladestationen kann ein kontinuierlicher Betrieb einfach sichergestellt werden.
Über den 10 poligen Universal-Anschluss kann neben einem Akku auch eine andere Stromversorgung z.B. in Form eines Netzteils angeschlossen werden. Weiter können Daten über eine serielle Schnittstelle ausgelesen und weiterverarbeitet werden.

Sicherheit

Das WiFi Modul des Senders arbeitet mit 2.4GHz. Eine prinzipielle Sicherheit ist durch eine WPA2 Verbindung gegeben. Zusätzlich kann die MQTT Verbindung über einen Benutzernamen und ein Passwort abgesichert werden.
Optional kann eine Firmware geliefert werden welche die Verbindung zusätzlich über eine SSL Verschlüsselung weiter absichert.

Referenz

Weitere Informationen zu unserem MQTT Handsender (mobiler MQTT Client) finden Sie in der Dokumentation zum Produkt.

Zum Produktvideo: MQTT RemoteControl bei YouTube.

Anleitung zur Installation unserer MQTT-Programme auf einem Android Smartphone.

Die Installation von Software auf Smartphones mit dem Android Betriebssystem geschieht meist über einen oft über einen Android App Store. Der Store hat die Berechtigungen die dort hinterlegten Anwendungen direkt auf das Smartphone zu laden und zu installieren.
Die Bereitstellung von Anwendungen für Stores wie Google Play sind mit etwas Aufwand verbunden. Zudem sind unsere Anwendungen nicht für einen breiten Markt gedacht, sondern lediglich für die professionellen Anwender unserer Module. Daher ist es für uns zweckmäßiger diese Anwendungen direkt über unsere Internetseite zu beziehen und direkt zu installieren. Dies ist sehr einfach und wird in dieser Anleitung genau gezeigt.

Zuerst wird das Programm in der gewünschten Version auf unserer Service-Seite ausgewählt und angeklickt.

Die Programmdatei (APK-Datei) wird dann vom Browser heruntergeladen.
Nachdem die Datei heruntergeladen wurde kann sie direkt geöffnet werden.
Abhängig vom verwendeten Browser (Crome, Firefox, Opera, Vivaldi,…) kann der Downloadbereich unterschiedlich angezeigt werden. Es ist in jedem Fall möglich, die heruntergeladene Datei zu öffnen.

Wenn von diesem Internetbrowser noch nie eine Anwendung installiert wurde, kann es sein, dass die Installation zunächst verhindert wird. Über die Einstellungen können diese Berechtigungen jedoch einfach vergeben werden.

Auf älteren Android Versionen wird diese Berechtigung pauschal für das gesamte Gerät gegeben (Bereich „Sicherheit“, „Anwendungen aus unbekannten Quellen installieren“). Bei neueren Android-Versionen wird diese Berechtigung nur für eine einzelne Anwendung gegeben.
Nachdem die Einstellung verändert wurde geht es über den „Zurück“ Pfeil oben links wieder zurück zur geplanten Installation.

Nun kann mit der eigentlichen Installation des Programms begonnen werden.

Abhängig von der Android-Version und den Systemeinstellungen kann es sein, dass eine erneute Bestätigung eingeholt wird, dass diese Datei wirklich installiert werden soll.

Zusätzlich kann zur Sicherheit die Datei zu Google zur Überprüfung gesendet werden.

Spätestens nun sollte die Anwendung installiert werden.

Der Installationsvorgang selbst dauert dann nur einige Sekunden.

Nach der Installation kann die WLAN-MQTT-Anwendung direkt geöffnet werden.

Ein Laser Entfernungsmesser wird verwendet um schnell und zuverlässig den Abstand zwischen 2 Objekten zu bestimmen. Voraussetzung für eine Messung über einen Laserstrahl ist die freie Sichtverbindung zwischen den Messpunkten. Laser-Entfernungsmesser sind in vielen unterschiedlichen Ausprägungen am Markt erhältlich. Das verwendete LIDAR Messprinzip ist für die gebräuchlichen Modelle gemeinsam. Das Alleinstellungsmerkmal des von uns hergestellten Entfernungsmessers ist die direkt Anbindung des Messgerätes über WLAN an ein Netzwerk bzw. an das Internet. Als WLAN-Übertragungsprotokoll wird hierbei MQTT eingesetzt. Dies ermöglicht den sehr einfachen Zugriff auf die Messwerte und auf die Funktionen des IoT-Device von jeder Anwendung welche MQTT-fähig ist.

Zum Vergleich: Entfernungsmesser mit Bluetooth-Schnittstelle können zwar auch die Messwerte per Funk übertragen, der Empfänger muss jedoch speziell auf dieses Gerät zugeschnitten sein. Eine Übertragung in ein beliebiges Programm oder in eine Datenbankanwendung ist hier – wenn überhaupt – nicht ohne großen Zusatzaufwand möglich.

Ein weiteres besonderes Feature unseres Lasermessgerätes ist es, dass es nicht mit Batterien sondern mit einem LiIon-Akko (Lithium-Ionen-Akku) betrieben wird. Die Akkus können zudem über einen Standard-Stecker schnell und einfach gewechselt werden. Über Wechselakkus ist somit ein kontinuierlicher Betrieb des IIoT Messgerätes möglich.

Die verwendeten Akkus sowie die Ladegeräte sind kompatibel zu unseren WLAN-Modulen für unsere Messuhren der Modellreihe M4 sowie zu unserem WLAN-PIR-Temperatur-Messgerät.

Download der Dokumentation und Software zu unseren WLAN MQTT Produkten sowie Links zu Support Informationen.

Erste Schritte

Dies ist zu tun, wenn eine Lieferung von rAAAreware angekommen ist.

Bevor ein Funkmodul eingeschaltet wird bitte zunächst das Messgerät einschalten. Zeigt dies nach dem Einschalten keine Funktion fehlt sicherlich noch die Batterie im Messgerät. Also zunächst bitte die Batterie in die Messuhr, den Messchieber oder allgemein „das Messgerät“ einlegen. Danach erst wie unten in der Schnellstartanleitung oder in der Dokumentation angegeben vorgehen.

Die von uns gelieferten Module M3, M4, M5 oder M6 sind bei der Auslieferung im „Konfigurationsmodus“.
Wenn ein Modul eingeschaltet wird öffnet das Modul einen Access-Point: Über diesen kann die Device dann konfiguriert werden.

WLAN MQTT Module

(M3 und M4 WLAN Messuhr, M5 WLAN Messsschieber, M6 WLAN Bügelmessschraube)

Schnellstartanleitung und Kurzreferenz

Download als PDF Datei:

https://dl.raaareware.de/messuhr/Messuhr_Modul_QuickStart_and_Cheatsheet.pdf

WLAN Modul Dokumentationen

Module M3,M4,M5,M6:

https://dl.raaareware.de/messuhr/Messuhr_Modul_Doku_Benutzer.pdf
https://dl.raaareware.de/messuhr/Messuhr_Modul_Doku_Technik.pdf

M7 – Mqtt Remote Control / WLAN MQTT Fernbedienung: Dokumentation

Module M8, M9, M10 / Firmware2 (HTTP,WebSocket,MQTT):

Dokumentation Deutsch

Anleitung Firmware Update

WLAN module documentation in english

https://dl.raaareware.de/messuhr/EN_Wlan_Mqtt_Module_Doc_Technical.pdf

Messuhr Anheber

Messuhr Anheber mit eigener Steuerung (WLAN, Signalleitung, Taster) – Handbuch (PDF, Deutsch)

Display Module

Display280, Messwert Fernanzeige / Remote Display Module

Dokumentation (PDF, Deutsch)

Firmware 1.0.3

Anleitung Firmware Update (PDF, Deutsch)

Produkt-Videos

Der rAAAreware Video-Kanal bei YouTube

Service-Videos

Durchführen eines Werksreset an einem MQTT WLAN Funkmodul: YouTube Video

Software

MQTT 2 File

Test- und Konfigurationssoftware für unsere MQTT WLAN Module.


mqtt2file – Dokumentation Deutsch (pdf)

mqtt2file – Dokumentation Englisch (pdf)

Version / BetriebssystemMS WindowsAndroid 32BitAndroid 64 Bit
1.4 (current version)Deutsch
Englisch
Deutsch
Englisch
Englisch
1.3 (Support Android 11)APKAPK
1.2 (Support Fix-IP Config)ZIPAPK
1.1 (Initial Version)ZIPAPK

Installation des Programms Mqtt2file:
Unter Windows: Einfach in ein beliebiges Verzeichnis entpacken und exe Datei ausführen.
Unter Android: Die apk-Datei wird auf dem Android Smartphone ausgeführt und dadurch installiert. Eventuell muss die Einschränkung zur Ausführung externer Anwendungen deaktiviert werden. Eine genaue Anleitung zur Installation ist hier zu finden.

MQTT 2 Key

Die Software MQTT2Key ermöglicht die Übernahme von MQTT Daten in eine nicht-MQTT-Windows Anwendung wie z.B. LibreOffice oder Excel.

Download der Windows Software

Pressematerial

Firmenlogo rAAAreware GmbH als PNG, TIFF, EPS und JPG.
Das Logo besteht aus 4 Farben:

Rand: Orange = 0xf48f0d (r=244,g=143,b=13)
Schrift: schwarz = 0x0
AAA: Grau = 0x808080
Hintergrund: Weiß = 0xffffff

Einleitung und Übersicht

Eine MQTT Infrastruktur für industrielle Anwendungen zu betreiben ist genauso wie MQTT an und für sich: Einfach und flexibel. Trotzdem ist es wie für alle Vorhaben empfehlenswert einige Vorüberlegungen anzustellen und zu entsprechend zu planen. Dies verhindert, dass die erstellte Infrastruktur direkt nach der Fertigstellung angepasst werden muss. Weiter ist es notwendig, angrenzende Bereiche vor allem aus dem Bereich der Netzwerkinfrastruktur in die Überlegungen und Entscheidungen mit einfließen zu lassen.

Grundsätzlich lässt eine MQTT Infrastruktur in 3 Teile unterteilen: Die Sensoren oder Aktoren (IoT Devices) als primäre Datenlieferanten, den MQTT Broker als Vermittler der Daten und das Backend als primärer Abonnent der Daten. Dies ist eine logische Aufteilung. MQTT-Technisch gibt es Publisher (= Datenlieferanten) und Subscriber (=Datenabonnenten) – doch jeder Publisher kann auch selbst Daten beziehen und jeder Subscriber kann auch Daten senden (und macht dies normalerweise auch). Trotzdem ist es eher so, dass im Datenbackend eher mehr Subscriber von Nutzdaten sitzen und die Devices als Sensoren und Aktoren die primären Datenlieferanten des Systems sind.

Das Bindeglied zwischen den 3 Komponenten des Systems ist das Netzwerk. Bei einer MQTT Infrastruktur geht es also um klassische TCP/IP Netzwerktechnik.

Eine MQTT Device ist normalerweise über WLAN an das Netzwerk angebunden. Wir haben in unserer Netzwerkinfrastruktur also ein WLAN Netzwerk integriert.

Lokale Infrastruktur

In dieser einfachen Infrastruktur befindet sich alles in einem einzigen Netzwerk (LAN, Local area network). Es kommt keine spezielle industrielle Hardware zum Einsatz. Vielmehr dient ein einfacher Accesspoint als Zugangspunkt zum Netzwerk mit MQTT Broker und Backend.

Einfache MQTT Client / MQTT Broker Infrastruktur

Der MQTT Broker kann hierbei auf irgendeinem Rechner des Netzwerks laufen. Möglich ist es sogar, sowohl Broker als auch Accesspoint auf einem einzigen Android Endgerät zu betreiben. Somit besteht die gesamte Infrastruktur z.B. nur aus der IoT Device und einem Tablet. Dieser Spezialfall einer minimalen MQTT Architektur ist in unserem Artikel MQTT Broker auf Android beschrieben.

Gateway als MQTT Broker

Eine fast genauso einfache Infrastruktur setzt einen MQTT Broker als Gateway zwischen 2 LAN Netzwerken ein. Dieser Broker kann als proprietäres System oder als Linux System umgesetzt sein.

MQTT Infrastuktur mit Gateway zwischen Produktionsnetzwerk und Firmennetzwerk.

Firmen wie die Wiesemann & Theis GmbH (www.wut.de) bieten einen einfachen MQTT Broker als fertige Komponente an. Alternativ kann ein kleiner Linux Rechner wie z.B. ein Raspberry Pi Rechner als MQTT Broker eingesetzt werden. Die erste Option bietet eventuell einen etwas leichteren Einstieg in die Konfiguration, da diese komplett über eine WEB Oberfläche vorgenommen werden kann.
Der Raspberry Computer bietet dagegen eine maximale Flexibilität durch ein komplett offenes und frei konfigurierbares System welches mit Sicherheit über viele Jahre gepflegt und weiterentwickelt wird.
Mit dem von uns entwickelten und angeboten Raspberry Industrierechner können wir ein System liefern welches eine sehr einfache Konfiguration ermöglicht und trotzdem die maximale Flexibilität eines quelloffenen und freien Linux Systems bietet.

MQTT Broker im WAN Netzwerk

Eine für nicht-industrielle Anwendungen häufig umgesetzte Konfiguration ist die Verwendung des MQTT Brokers als Service in einer Cloud, also auf einem entfernten Rechner in einem WAN (wide area network; Internet).
Dies vereinfacht die Gesamtkonfiguration und den Betrieb etwas, da ein MQTT Broker eben überhaupt gar nicht erst installiert und konfiguriert werden muss. Dies ist natürlich auch für Industrielle Anwendungen denkbar.

MQTT Infrastruktur mit einem MQTT Broker in der Cloud

Meist kommt diese Konfiguration aus mindestens 2 Gründen nicht zum Einsatz:

Erstens ist die Grundanforderung der Unabhängigkeit einer Industrieanlage nicht gewährleistet. Sollte der externe Dienst des MQTT Brokers aus irgendeinem Grund nicht mehr erreichbar sein ist eine Produktion im schlimmsten Fall nicht mehr oder nur noch deutlich eingeschränkt möglich.

Ein zweiter Grund ist, dass Daten der Anlage außerhalb des lokalen Netzwerkes oder Firmennetzwerkes gespeichert werden. Zwar können die Datenverbindungen und Übertragungen unter MQTT z.B. Passwort oder über eine TLS/SSL Verschlüsselung geschützt werden, ein Risiko zur Einsicht oder Manipulation der Daten auf dem Server selbst bleibt jedoch bestehen.

Wenn man bedenkt, wie einfach ein MQTT Server installiert, administriert und betrieben werden kann ist es empfehlenswert den MQTT Server in einem lokalen Firmen-LAN zu betreiben.

Ergänzung

Ergänzung: Gleichzeitiges Messen mehrerer Messuhren

Bei verschiedenen Szenarien ist es oft eine Anforderung, mehrere Messungen gleichzeitig zu erfassen.

Wirklich Gleichzeitig in einem einzelnen WLAN Netzwerk zu messen ist nicht möglich, da die Datenpakete hintereinander über das Netzwerk übertragen werden. Die Übertragungszeiten sind jedoch kurz. Aus der Praxis können wir diese Werte angeben:

Der Datendurchlauf des Anfordern und Empfangen eines Messwertes dauert ca. 50 ms. Dies bedeutet, dass der PC einen Messwert über den Broker anfordert, der Broker die Anforderung an die Messuhr weitergibt, die Messuhr die Messung durchführt und die Messdaten an den Broker überträgt. Diese gibt die Daten dann an den PC weiter.

Infrarot Thermometer (PIR Thermometer, Passive Infra Red Thermometer oder Pyrometer) werden in der Industrie eingesetzt um Temperaturen berührungslos zu messen. Im Gegensatz zu unseren Messmodulen für lineare Längenmessung gibt es hier eine große Auswahl an Produkten am Markt. Jedoch gilt auch hier: Die meisten Geräte besitzen keine Möglichkeit die erfassten Messwerte per Funk an einen PC oder ein Smartphone weiterzugeben. Einige wenige Modelle besitzen ein eingebautes Bluetooth Funkmodul über welches sich die Daten an eine proprietäre Software übertragen lässt. Dies alles ist nicht wirklich industrietauglich oder Industrie 4.0. Gleichzeitig ist es jedoch die Gelegenheit für uns, auch hier ein entsprechendes Infrarot Thermometer zu entwickeln.

Ansicht des WLAN Infrarot-Thermometers von oben
Ansicht des WLAN-PIR-Thermometers von unten
  1. PIR Sensor (90° um die Y-Achse drehbar)
  2. Bildschirm (OLED Display)
  3. Anzeige der Funkverbindung (WLAN Signalstärke)
  4. Anzeige des Akku-Ladestandes
  5. Lithium-Ionen oder Lithium-Polymer Akkumodul
  6. Multifunktionssteckverbindung für Akku oder Peripherie
  7. Hauptschalter für die Spannungsversorgung
  8. Messtaste für manuelle Messungen und Multifunktionstaste

Die Alleinstellungsmerkmale unseres Infrarot Thermometer für industriellen Einsatz sind:

  • Echtes WLAN. Direktes Verbinden des Infrarot Thermometers mit einem WLAN/WiFi Netzwerk.
  • Sichere Funkübertragung auch unter schwierigen Bedingungen.
  • MQTT Datenprotokoll.
  • Sehr kleine Bauweise durch hohe Integration der Bauteile.
  • Sensorausrichtung um bis zu 90° drehbar.
  • Montagemöglichkeiten für Wandmontage oder Montage auf Lochblech.
  • Lange Laufzeit durch Lithium-Ionen Akku (LiIon).
  • Schnellwechselsystem für den Akku.
  • Große Auswahl an Ladestationen für den Akku.
  • Hohe Konfigurationsmöglichkeit durch den Kunden durch unsere agile Fertigung.

Die Authentifizierung des Thermometers am WLAN Netzwerk erfolgt über Angabe der SSID und des Passwortes. Über WPA2 werden die übertragenen Daten sicher vor unbefugtem Zugriff geschützt.

Die Weitergabe der Daten erfolgt im offenen MQTT Protokoll. Das MQTT Protokoll wurde entwickelt, um Messdaten einfach und zuverlässig auch über große Distanzen sicher zu übertragen. Die MQTT „Empfangsstation“ wird MQTT Broker oder MQTT Server genannt. Diese Software ist als freie Software kostenlos auf für die kommerzielle Nutzung verfügbar. Über einen MQTT Client lassen sich sämtliche Anwendungen zur Messdatenverarbeitung realisieren: Sei es die Weiterverarbeitung in einem nachgelagerten Prozess für die Qualitätssicherung oder auch nur die direkte Eingabe der Messwerte in z.B. eine Tabellenkalkulation wie LibreOffice oder Excel.

Funktionsweise des PIR Funkthermometer

Das Funk-Thermometer kennt 2 Betriebsarten:

  • Konfiguration
  • Messen

In der Betriebsart [Konfiguration] öffnet das Thermometer einen WLAN Access Point. Über diesen kann ein beliebiger Client eine Verbindung zum Thermomenter herstellen. Über diese Verbindung kann dann die gewünschte Konfiguration auf das Messgerät übertragen werden.
Der primäre Sinn der Konfiguration besteht darin, das Modul für den Zugriff auf einen MQTT Server zu konfigurieren.
Die Konfiguration wird normalerweise über unser Konfigurationsprogramm durchgeführt. Dort können alle erforderlichen Parameter eingestellt werden.

Nach erfolgreichem Laden einer Konfiguration startet das Modul in der Betriebsart [Messen]. Der eigene WLAN Accesspoint wird hierzu dann deaktiviert.
Stattdessen versucht das Modul sich mit dem konfigurierten WLAN Accesspoint zu verbinden. Die Authentifizierung erfolgt hierbei über WPA2/PSK.
Nach erfolgreicher Verbindung mit dem Accesspoint wird versucht eine Verbindung mit dem konfigurierten MQTT Server herzustellen.
Ist diese Verbindung erfolgreich kann das Messgerät direkt über MQTT Botschaften versenden und empfangen.

Über eine Softwarefunktion oder über die Servicetaste am Messmodul lässt sich das Messgerät wieder in den Konfigurationsmodus versetzen [Factory Reset].

Aktualisierung der Firmware

Die Firmware der Messgeräte-Erweiterung kann über WLAN aktualisiert werden (OTA-Update/Over The Air Update).
Der Aktualisierungsvorgang wird auf dem Display angezeigt.
Die Aktualisierung wird nur dann aktiviert wenn die gesamte Firmware fehlerfrei über das WLAN in das Modul übertragen werden konnte.
Die Aktualisierung der Firmware wird über verschiedene optionale Mechanismen geschützt:

  1. Über eine explizite geschütze Freischaltung über eine entsprechende MQTT Botschaft.
  2. Über eine Tastenkombination am Modul.

Technische Daten

WertEinheit
Länge (PIR Sensor auf 0°)110mm
Breite (incl. Akku-Modul)38mm
Höhe (PIR Sensor auf 0°)26mm
Gewicht (incl. Akku-Modul)90g
Akkukapazität des Akku-Moduls650mAh

Unser Know-how und unsere Leidenschaft ist Funktechnik, WLAN und MQTT. Für die Sensorik der Temperaturmessung vertrauen wir auf bewährte Hersteller von Industriellen Sensoren zur Temperaturerfassung. In der Standardausführung verwenden wir Infrarotsensoren der Baureihe MLX90614 der Fa. Melexis N.V aus Belgien.

Die Daten dieser Sensoren sind:

MLX90614 VarianteWertEinheit
Messbereich (Objekttemperatur)-70 – 380°C
Umgebungstemperatur (Variante E)-40 – 85°C
Umgebungstemperatur (Variante K)-40 – 125°C
Messauflösung0,02°C
Genauigkeit (0-50°C)0,5°C

Die exakten Daten der Sensoren können direkt im Datenblatt des Herstellers abgerufen werden.

Wir freuen uns über Kundenwünsche und können auch andere Sensoren in unser Funkthermometer integrieren.