IoT is often associated with developer boards such as the Raspberry PI or Arduino. However, IoT has not only played an important role under the slogan "Industry 4.0", many industry companies are using IoT in their production lines since years. To show the potential of the Azure IoT in connection with industry components, we have took a conveyor belt, a sorting unit and sensor technologies built-in in a small flightcase. All these industry components are communicating directly to an Azure IoT Hub. See how we can analyze the generated data with Stream Analytics and building Power BI dashbaords with streaming data. We will also show how we can interact with the components via cloud 2 device messages if the analysis shows errors or disfunctionalities and how Cortana Analytics can help minimize errors.

2. Industry 4.0 in a box
Tillmann Eitelberg
Oliver Engels

3. Our Partners

4. Über uns ...

5. Über uns ...
• CEO of oh22data AG
• PASS Regional Mentor Germany
• President PASS Germany
• Chapter Leader Frankfurt, Germany
• Microsoft MVP
• Microsoft PTSP
• CEO of oh22information services GmbH
• PASS Regional Mentor Germany
• Vice-president PASS Germany
• Chapter Leader Cologne/Bonn, Germany
• Microsoft MVP
Oliver Engels Tillmann Eitelberg
@oengels @_Tillmann

6. Internet der Dinge

7. Internet der Dinge - Kernelemente in der IoT
Architektur
Things - Geräte, die drahtgebunden oder drahtlos
mit einem weiteren Netzwerk verbunden werden
können
Network - verbindet mehrere Dinge Untereinander
und mit der Cloud
Cloud - Remote-Server konsolidiert, speichert und
analysiert Daten sicher und zuverlässig

8. Internet der Dinge
- Globale Infrastruktur, die es ermöglicht physische und
virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen
- Gegenstände, die mit eingebetteten Prozessoren,
Sensoren und Netzwerktechnik ausgerüstet
- Verschiedene Kommunikationsprotokolle für
unterschiedliche Anwendungszenarien
- Im Alltag häufig Wearables (Fitnestracker) oder Smart
Homes (Lampen, Thermostate)

9. Internet der Dinge

10. Internet der Dinge

11. Internet der Dinge – Ist-Zustand
- Viele verschiedene Protokolle und
Übertragungsstandards
- Geräte sind häufig nicht untereinander kompatibel
- Es existieren bisher nur wenige lokale Zentralen
- Das Licht wird über die Cloud an und ausgestellt
- Update (Software/Firmware) Funktionen fehlen häufig
oder erfordern Spezialwissen
- Keine (speziellen) Sicherheitsstandards
- Standard Passwörter, keine Zertifikate
- „Das Device gehört nicht mir“

12. Internet der Dinge – Was brauchen wir?
- Gutes API Management, damit das Internet der Dinge
nicht nur ein Ding ist
- Interoperabilität zwischen Geräten
- Einfache Konnektivität (Router/Gateways)
- Zentrales Management der Geräte
- Einfacher Zugriff auf die anfallenden Daten
- Zeitnahe (direkte) Verarbeitung der Daten
- Privacy by default – Datenschutz und Datensicherheit

13. Internet der Dinge

14. Development Boards

15. Arduino Uno
• Microcontroller ATmega328p
• 14 Digital I/O Pins, 6 Analog
Input Pins
• 32 KB Flash Memory
• Eigene Arduino IDE
• Addin für Visual Studio
• Erweiterung über Shields
• Entwicklung in C bzw. C++
ähnlicher
Programmiersprache

16. Raspberry PI
• Version 3 Model B
• ARM 7100 Prozessor
• Quad-Core mit 1,2 GHz
• 1 GB Arbeitsspeicher
• 4 USB Schnittstellen, LAN,
Audio, HDMI
• Erweiterung über Hat‘s
• Unterstützt Windows IoT Core
• Entwicklung in verschiedensten
Programmiersprachen u.a.
Python und C#

17. Cluster HAT for Raspberry Pi Zero
• Erweiterungs Hat für einen
Raspberry PI A+/B+/2/3
• Interface für den Aufbau eines
Clusters mit 4 Raspberry PI
Zeros
• Raspberry PI Zero
• 1GHz single-core CPU
• 512 MB RAM
• HDMI, USB
• Zum testen, lernen oder
simulieren von kleinee Cluster
Umgebungen

18. Sensor Tag
- Low Energy Sensor Tag
- Evaluationsmodul von Texas
Instrument
- Knopfzelle als Batterie (1 Jahr
Akkulaufzeit)
- Enthält verschiedene
Kommunikationsprotokolle wie
WiFi, Bluetooth Low Energy,
6LoWPAN, ZigBee
- Entwicklung und Steuerung
zusammen mit iPhone oder
Android

19. Development Boards
• Arduino Uno
• Arduino
Leonardo
• Intel Gallileo
• Intel Edison
• Raspberry PI
• Beagle Bone
• Tessel
• Particle Photon
• Wio Link
• Wunder Bar
• Sparkfun
• Sparkfun
• Thunderboard
• Adafruit
• RelayR
• Seedstudio
• Uno32
• Linino
• LilyPad
• A10 pcDuino
• RedBearLab
• teensy
• Calliope

20. Betriebssysteme
- Vielzahl an verschiedenen
Betriebssystemen
- Alleine https://www.raspberrypi.org
listet 12 verschiedene Systeme
- (Fast) jedes Deveopment- Board hat
ein eigenes Betriebssystem
- Für die Betriebssysteme werden in der
Regel Flashcards verwendt
- Müssen vom Anwender selber
geflasht werden
- Kleinere Einplatinencomputer (z.B.
MXCHIP, Arduino) verfügen häufig nur
über eine Firmware
- Manuelles Firmware Update vor der
Inbetriebnahme bei fast jedem Gerät
https://etcher.io/

21. Raspberry PI mit Breadboard
• Erweiterung über Hat‘s
(fertige Komponente)
• Erweiterung / Entwicklung mit
Breadboards
• Komponenten werden
manuell mit Kabeln
zusammen gesteckt
• Pin Belegungen müssen
bekannt sein
• Widerstände müssen
integriert werden

22. Development Boards
- Machen viel Spaß in der Entwicklung
- Umfangreiche How-To‘s und Beispielcodes verfügbar
- Teilweise vollständige Beispielprojekte mit Bestelllisten
verfügbar
- Software zum Aufbau von Smart Home Anlagen
verfügbar
- Gehäuse für Schaltschränke
- Spezial Platinen (Hat) die Breadboards ersetzen
- Am Ende des Tages sind es aber Development Boards

23. Industrie 4.0

24. Industrie 4.0
- Marketingbegriff, entzieht sich teilweise einer
wissenschaftlichen Präzisierung
- Auch IIoT (Industrial Internet of Things) genannt
- Übertragung des IoT Konzeptes in die Industrie
- Strategische Anwendungsfelder sind Fabrikation
aber auch Mobilität, Gesundheit, Klima und
Energie
- Schaffung intelligenter Wertschöpfungsketten

25. Industrie 4.0

26. Mit dem Internet of Things
steuern die Werkstücke die Produktion

27. Mit IoT können Städte effizienter, technologisch fortschrittlicher
und grüner gestaltet werden – Smart City

28. Smart City

29. Autonome Fahrzeuge sind
Bestandteil einer IoT Infrastruktur

30. Industrie 4.0
- Einheitliche Kommunikationsstandards
HTTPS, MMQT, AMQP, OPC UA, ...
- M2M Kommunikation (Informationsaustausch zwischen
Endgeräten)
- Keine Bausätze sondern Industrie Komponenten die auch
unter extremen Bedingungen funktionieren
- Sicherheit, z.B. durch Authentifizierung von und an
Endgeräten
IUNO (Nationales Referenzprojekt zur IT-Sicherheit in Industrie 4.0)
- Gezieltes Management/Monitoring einzelner Geräte
- Zentrale Provisionierung und Aktualisierung von Geräten

31. IoT Koffer

32. IoT Koffer
- Entwicklung eines Demokoffers zur Demonstration von
IoT Szenarien
- Einfaches Szenario, ohne das die Lösung selbst
umständlich erklärt werden muss
- Verwendung von Industrie Komponenten
- Keine Raspberry-PI-Development-Einplatinen-
Breadboard-Steck-Löt-Lösungen
- Einbindung verschiedener Partner
- Transportabel 

33. oh22 IoT Koffer

34. Förderband
- Kleines Förderband zum
Bewegen der Werkstücke
- Stufenlose
Geschwindigkeitsregulierung
- Ansteuerung über die
Beckhoff CX 5120

35. Sensoren / Sortieranlage
- 3 verschiedene Sensoren
- Helligkeitssensor
- Induktionssensor
- Ultraschallsensor
- Sensoren kommunizieren mit
der Beckhoff CX 5120
- Schwellenwerte der Sensoren
können zentral eingestellt
werden

36. Beckhoff
- Embedded-PCs auf Basis der Intel®-
Atom™-Multicore-Prozessoren
- Microsoft Windows Embedded 7 oder
Microsoft Windows 10 IoT Enterprise
- Ethernet-Schnittstellen, USB, DVI
- E-Bus Interface
- Kleine Batterie als USV für kurzfristige
Spannungsunterbrechungen
- Programmierung via TwinCAT aus dem
Visual Studio heraus
- I/O via EtherCAT- und Busklemmen
- Zusammen mit Siemens Simatic
Anlagen die quasi Standards in der
Automatisierungstechnik

37. Geutebrück Video Security
- Bestehende Supply Chain
Lösung
- Zentrale
Managementsoftware
- POE Kamera
- Kommunikation mit der
Beckhoff Steuerung via OPC
UA
- Software kann im Stream Vor-
und Zurückspulen und gezielt
Ausschnitte speichern

38. Welotec WLAN/3G/LTE Router
- WLAN, 3G/4G Router der
Firma Welotec
- 4 Port Switch
- Integrierte Firewall
- Kann 2 SIM Karten verwenden
- Zentrales Gateway zur
Außenwelt

39. Weitere Hardware
- Meanwell Netzteile für die
Hutschiene
- 24V/2,5A
- 12V/5A
- PoE Ethernet Switch für die
Hutschiene
Hinweis: Hutschienen Komponenten pass nicht
zwangsläufig in einen Standard Sicherungskasten,
auf die Bauhöhe achten.

40. IoT Koffer

41. Anwender Software

42. Anwender Software
- Ausgabe der aktuellen Sensor-Werte (Ist), sowie
Konfiguration der Werte für die Sortierung (Min/Max)
- Ausgabe der Werte für ein erkanntes Objekt
- Status der jeweiligen Zylinder mit entsprechenden
Werte
- Steuerung des Förderbands An/Aus und
Geschwindigkeit
- Software Kommuniziert lokal via WLAN mit der
Beckhoff Anlage

43. IoT Hub Communicator

44. IoT Hub Communicator
- Steuerung des Förderbands An/Aus und
Geschwindigkeit
- Öffnen und schließen der Zylinder
- Anzeige des letzten aussortierten fehlerhaften
Werkstücks
- Daten der einzelnen Sensoren werden Live in einem
Chart dargestellt
- Kommunikation mit der Anlage über den Azure IoTHub
- Cloud to Device Messages

45. Microsoft Azure

47. Azure IoT Hub

48. Azure IoT Hub
- PaaS Dienst
- Bidrektionale Kommunikation zwischen IoT-Geräten
- Device-to-Cloud
- Cloud-to-Device
(Verbindungen und Routen werden nur in ausgehender Richtung hergestellt)
- Nachrichtenrouting zu anderen Azure Diensten
- Abfragbarer Speicher für Gerätemetadaten
- Authentifizierung pro Gerät
- Sicher Kommunikation und Zugriffssteuerung via Sicherheitsschlüssel oder
X.509-Zertifikaten
- Integrierte Überwachung von Ereignissen
- Gerätebibliotheken für die gängigsten Sprachen und Plattformen
- kann auf Millionen von gleichzeitig verbundenen Geräten und Millionen von
Ereignissen pro Sekunde skaliert werden

49. Demo

50. Azure IoT Hub
Device Provisioning Service

51. Azure IoT Hub Device Provisioning Service
- Bereitstellung ohne manuelles Eingreifen für einzelne IoT-Lösung
- Keine werkseitige Hartcodierung von IoT Hub-
Verbindungsinformationen
- Herstellen der Verbindung von Geräten mit der IoT-Lösung ihrer
Besitzer auf Basis der Verkaufstransaktionsdaten
- Herstellen der Verbindung von Geräten mit einer bestimmten
IoT-Lösung abhängig vom Anwendungsfall
- Erneute Bereitstellung basierend auf einer Änderung im Gerät
- Wechseln der Schlüssel, die vom Gerät verwendet werden, um
eine Verbindung mit IoT Hub herzustellen

52. Azure IoT Edge

53. Azure IoT Edge
- Zentrale Verwaltung von Geräten über die Cloud
- Bereitstellung von IoT-Lösungen auf Edge-Ebene
- Ausführung von AI Funktionen auf Edge-Ebene
AI Toolkit für Azure IoT Edge
- Ausführung von C# Modulen, Stream Analytics und Azure
Functions
- Offline Arbeiten mit sporadischer Konnektivität
- Reduzierungen von Datenmengen durch Vorverarbeitung
- Entwicklung in verschiedenen Programmiersprachen
(C, Node.js, Java, Microsoft .NET und Python)
- Ermöglicht Entscheidungen in Echtzeit

54. IoT Edge-Module sind Container, die Azure-
Dienste oder eigenen Code ausführen

55. Azure IoT Edge

56. Stream Analytics

57. Stream Analytics
- Echtzeit Datenanalyse
- parallel Complex Event Processing (CEP)-Pipeline
- SQL ähnliche Abfragesprache zur Analyse von
Datenströmen
- Daten können aus einem Strom (IoT/Event-Hub) oder aus
Datenspeichern (z.B. Blob Storage) geladen werden
- Als Aktion einer Analyse können verschiedene Aktionen
ausgeführt werden, wie z.B. Ändern von
Geräteeinstellungen oder Senden von Daten an
Warteschlangen, Power BI-Dashboards oder Speicher
- Verarbeitung von bis zu 1GB Daten pro Sekunde

58. Stream Analytics – Tumbling Window
SELECT IOTHUB.ConnectionDeviceId AS ConnectionDeviceId
, AVG(HUMIDITY) AS Humidity
, AVG(PRESSURE) AS Pressure
, AVG(TEMPERATURE) AS Temperature
INTO PowerBI
FROM RaspberryPI TIMESTAMP BY eventprocessedutctime
GROUP BY IOTHUB.ConnectionDeviceId
, TumblingWindow(second, 5)

59. Stream Analytics

60. Azure Stream Analytics on IoT Edge (Preview)

61. Demo

62. Power BI

63. Power BI
- Real-time Dashboards können Daten ich Echtzeit
anzeigen
- Es werden Push Datasets, Streaming Dataset oder
PubNub Streaming Datasets unterstützt
- Daten können über Power BI Rest API, Streaming
Dataset UI oder Azure Stream Analytics beladen
werden
- Dataset haben verschiedene Datenraten und
Speicherzeiten

64. Power BI
https://docs.microsoft.com/en-us/power-bi/service-real-time-streaming

65. Power BI

66. Demo

67. Our Partners

68. Links
• https://azure.microsoft.com/en-us/services/iot-hub/
• https://www.arduino.cc/
• https://www.raspberrypi.org/
• https://www.seeedstudio.com
• https://shop.pimoroni.de/
• https://www.best4automation.com
• https://github.com/Azure/iot-edge
• https://nodered.org/
• https://hub.docker.com/r/nodered/node-red-docker/

69. Links (IoT Edge for Docker)
• https://hub.docker.com/r/microsoft/azureiotedge-hub/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/azureiotedge-agent/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/azureiotedge-azure-stream-analytics/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/azureiotedge-simulated-temperature-sensor/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/azureiotedge-functions-binding/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/azureiotedge-modbus-tcp/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/iot-edge-opc-publisher/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/iot-gateway-opc-ua-proxy/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/iot-edge-opc-proxy/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/iot-gateway-opc-ua/
• https://hub.docker.com/r/microsoft/iot-hub-c-raspberrypi-build/

70. Internet der Dinge
- Industrie-Raspberry Pi 3
"netPI RTE 3«
- Hutschienen Gehäuse
- Für IoT und Industrie 4.0 Edge
Automationsprojekte
- 4x1.2Ghz,1GB RAM, 8GB
FLASH, 4xUSB 2.0, HDMI, Wifi,
RTC, ...
https://www.amazon.de/dp/B0756XD2CN/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_RU21zbD0TNPNR

71. Internet der Dinge
- Revolution PI RevPi Core
- Hutschienen Gehäuse
- Für IoT und Industrie 4.0 Edge
Automationsprojekte
https://www.amazon.de/KUNBUS-RevPi-Core/dp/B06WP9RLD5

72. Azure IoT Suite
https://www.azureiotsuite.com/

73. Azure IoT Suite Remote Monitoring
https://github.com/Azure/azure-iot-pcs-remote-monitoring-dotnet

74. Azure IoT Suite Remote Monitoring
https://github.com/Azure/azure-iot-pcs-remote-monitoring-dotnet

75. Node-RED
- Entwicklungstool für die Verdrahtung von IoT Devices, API und
Online Services
- Ursprünglich von IBM entwickelt
- Open Source unter Apache License 2.0
- Browser-based Editor
- Viele Out-Of-The-Box Flows
- Umfangreiche Erweiterung auch für Azure und Cognitive Services
- Projekt unter https://nodered.org/
- Source Code unter https://github.com/node-red
- Docker Container unter https://hub.docker.com/r/nodered/node-
red-docker/

76. Node-RED