Title: LS7.1: Messdatenerfassungssysteme funktional zusammenführen
Course: LF07 - Cyber-physische Systeme ergänzen - FI/ITSE - Raspberry Pi

Ein Serverraum des Modellunternehmens ChangeIT unterliegt aktuell Notabschaltungen der Server aufgrund von Temperaturüberschreitungen. Die Kühlung des Serverraumes fällt unbemerkt zeitweilig aus. Es existiert zwar ein Messwerterfassungssystem für die Klimadaten des Serverraumes, dieses muss allerdings lokal im Serverraum abgelesen werden. Um auch in weiteren klimatisierten Räumen einem Schaden vorzubeugen, soll ein Gesamtsystem so ausgelegt werden, dass auch dort Temperaturmessstellen eingerichtet werden können. Die Geschäftsführung der ChangeIT hat entschieden, die IT-Sicherheitsleitlinien auf Aktualität zu überprüfen und ein Informationssicherheitsmanagementsystem (ISMS) zu implementieren, um langfristig einen zuverlässigen Geschäftsbetrieb zu gewährleisten und den Erfolg des Unternehmens abzusichern. Ein guter Ansatz für den Aufbau eines ISMS bietet das BSI mit dem IT-Grundschutz. Das mittelfristige Ziel ist eine Zertifizierung nach ISO 27001, um ein starkes Zeichen für das Sicherheitsbewusstsein zu setzen. Die Geschäftsführung möchte sich mit der Zertifizierung einen wertvollen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Als eine erste Maßnahme beim Aufbau eines ISMS sollen die klimatisierten Räume hinsichtlich der Umgebungseinflüsse dezentral und kontinuierlich überwacht werden, um eine bessere Kontrolle über die Anlagen zu erhalten. Die Werte aller Messstellen und deren Verläufe sollen von beliebiger Stelle aus und später in einer folgenden Lernsituation weitgehend unabhängig vom verwendeten Endgerät darstellbar sein.

Von dem bereits vorhandenen Messdatenerfassungssystem (inkl. Sensoren und Aktoren) soll zur Datenübertragung der Messwerte ein marktübliches und offenes Protokoll zum Einsatz kommen. Clientanwendungen sollten möglichst passend zum Firmenstandard in der Programmiersprache Python erstellt werden. Es erfolgt eine fachgerechte Dokumentation der Anwendungen.

Change-IT verfügt über Erfahrung mit Systemen, die auf einem Raspberry Pi Controller basieren. Das installierte Betriebssystem ist Linux. Es befindet sich auf dem aktuellen Stand. Der Controller ist über einen Netzwerkanschluss mit dem Firmen-LAN über Ethernet oder WLAN verbunden.

Informieren bzw. Analysieren

Immer wenn Sie eine neue, Ihnen unbekannte Aufgabenstellung bearbeiten müssen, benötigen Sie zunächst Informationen aus dem Sachgebiet. Im betrieblichen Umfeld hilft Ihnen Ihr Ausbildungspersonal, in der Berufsschule die Lehrkraft oder Ihre Mitlernenden. Sobald Sie später auf sich allein gestellt sind, müssen Sie auch selber für die Informationsbeschaffung sorgen. Sie suchen sich genau die Infos, die Sie zur Lösung Ihres Auftrages benötigen.
Wir betrachten hier auch Schnittstellen zu bereits vorhandenen Systemen, auf denen die neue Lösung aufbauen kann. Auch mögliche Zusammenarbeit mit anderen Personen oder Abteilungen spielen eine Rolle.

Wahl der Stammgruppen

Sie arbeiten in einem Team, in dem die späteren Aufgaben verteilt bearbeitet werden. Im Klassenraum sollten Sie sich so platzieren, dass Sie gut zusammenarbeiten können.

Grundsätzlich arbeiten Sie im Team gemeinsam, dennoch wird es Spezialisierungen geben, da alle mit dem eigenen Raspberry Pi oder Endgerät arbeiten. Folgende Aufgaben werden in einem Team auf vier bis fünf Personen verteilt werden müssen:

- Pi Temperaturerfassung 1,
- Pi Temperaturerfassung 2,
- Pi MQTT-Broker oder Webserver,
- Pi Client 1 zum Auslesen der Serverdaten,
- Pi Client 2 zum Auslesen der Serverdaten

Es können aber für Versuchszwecke Aufgaben gerne doppelt belegt werden, z.B. Broker/ Webserver und gleichzeitig Temperaturerfassung. Generell sind die Lernsituationen so geplant, dass alle genannten Aufgaben auf einer einzigen Hardware realisiert werden könnten (z. B. für Übungszwecke). Das ist aber in verteilten Systemen in der Praxis nicht möglich.

Wichtig ist, dass alle im Team mindestens eine Aufgabe übernehmen und Sie sich regelmäßig über den Stand Ihrer Arbeit im Team austauschen.

Wahl der Expertengruppen

Zu den fünf Themen Temperaturerfassung, MQTT und ReST-Cloudservice, ReST-Webserver und Node-RED wird es Expertenteams geben. Diese treffen sich in ihrem jeweiligen Fachbereich mit Teilnehmenden aus anderen Stammgruppen und bilden sich fort.

Die Arbeitsergebnisse werden dann später in der Stammgruppe, bzw. vor der Klasse vorgestellt. Sprechen Sie sich innerhalb Ihrer Stammgruppe ab, wer welches der fünf Themen übernehmen soll.

Wichtig ist, dass Sie sich in Ihrer Stammgruppe möglichst gleichmäßig auf alle Expertenthemen verteilen.

Planen/ Entscheiden

Sie haben sich bisher grundlegende Informationen beschafft, die Sie in die Lage versetzen, verschiedene Lösungsmöglichkeiten für Ihre Aufgabenstellung zu skizzieren. An dieser Stelle wägen Sie die verschiedenen Lösungswege gegeneinander ab und entscheiden sich begründet für einen davon. Konkret sollen Sie sich in Ihrer Arbeitsgruppe entscheiden, ob Sie Ihre Messdaten

- über eine ReST API in der adafruit Cloud ablegen oder
- über einen eigenen Webserver zur Verfügung stellen oder
- einen MQTT Broker einsetzen wollen.

Durchführen

Die vorausgegangene Entscheidung über den Lösungsweg soll jetzt umgesetzt werden. Arbeiten Sie im Team, teilen Sie die Aufgabenpakete auf alle auf.

Kontrollieren/ Bewerten

Vergleichen Sie Ihre Lösung mit denen Anderer und diskutieren Sie die Ergebnisse.

Reflektieren

Üben/ Wiederholen/ Transfer

Nach Durchführung der Arbeiten reflektieren Sie hier Ihr Handeln und die Vorgehensweise. Was war gut, welche Schritte würden Sie beim nächsten Durchlauf anders bearbeiten?

Hier finden Sie auch wichtige Lerninhalte, die nur mittelbar zur Lernsituation gehören und nicht unbedingt notwendig zu wissen waren, um eine Lösung zu finden. Sie runden aber Ihre Kompetenzen ab, wenn Sie sich damit auseinandersetzen. Darüber hinaus finden Sie zusätzliches Übungsmaterial und Hinweise auf weiterführende Literatur.

Didaktische Reserve

Hier finden Sie auch wichtige Lerninhalte, die nur mittelbar zur Lernsituation gehören und nicht unbedingt notwendig zu wissen waren, um eine Lösung zu finden. Sie runden aber Ihre Kompetenzen ab, wenn Sie sich damit auseinandersetzen. Darüber hinaus finden Sie zusätzliches Übungsmaterial und Hinweise auf weiterführende Literatur.