Fernüberwachung der Umgebung und IoT

Systeme zur Fernüberwachung der Umgebung und IoT-Systeme (TREMS — Total Remote Environmental Monitoring System, huminode und vergleichbare Lösungen) sind integrierte Hardware-Software-Plattformen zur kontinuierlichen und zentralen Überwachung von Umgebungsgrößen (Temperatur, relative Feuchte, Materialfeuchte, CO2, VOC, Feinstaub) an geografisch verteilten Standorten. Sie verbinden Funksensoren neuer Generation mit Cloud-Plattformen für Archivierung, Auswertung, Alarmierung per SMS und E-Mail sowie automatische Berichterstellung. Eingesetzt werden sie im Pharma- und Lebensmittelbereich, bei Kulturgütern, in der Gebäudeleittechnik, in der Landwirtschaft und bei der Fernüberwachung verteilter Infrastruktur.

IoT-Architektur

Ein typisches IoT-System besteht aus: verteilten Sensorknoten (mit Sensoren für T, rF, Materialfeuchte und CO2 je nach Anwendung, langlebiger Lithiumbatterie, Mikrocontroller mit äußerst geringem Verbrauch und Funkmodul); Feld-Gateways (die die Daten der Knoten per Funk sammeln und über 4G/Ethernet in die Cloud übertragen); der Cloud-Plattform (zentraler Server mit Datenbank, Regelwerk für Alarme, Web-Dashboard, Mobil-App und APIs zur Einbindung von Drittsystemen); sowie einer Benutzeroberfläche für Anzeige, Konfiguration, Datenarchivierung und Berichterstellung.

Kommunikationstechnologien

Die Funktechnologien für Umwelt-IoT sind: LoRaWAN (Reichweite bis 5-10 km bei Sichtverbindung, geringer Verbrauch, Verwaltung über lokale Gateways — ideal für große Gebäude und ländliche Standorte); NB-IoT (über das Mobilfunknetz der Telekom-Betreiber, Abdeckung überall dort, wo Mobilfunkempfang besteht, geringer Verbrauch — ideal für entfernte Standorte); WLAN (für Bereiche mit IT-Netz, mittlerer Verbrauch); Bluetooth Low Energy mit Gateway (für kleine Bereiche mit Smartphone); Sigfox (Alternative zu NB-IoT für reduzierten Nachrichtenverkehr). Die Wahl hängt von der geografischen Abdeckung, der Knotendichte, der geforderten Batterielaufzeit und den Betriebskosten ab.

Cloud-Dashboard und Alarme

Das Cloud-Dashboard bietet: Echtzeitanzeige aller verteilten Knoten mit geografischer Karte; historische Diagramme zur zeitlichen Auswertung der Größen; Leistungsstatistik (Verfügbarkeit, Restkapazität der Batterie, Funksignalqualität); ein Regelwerk für konfigurierbare Alarme (Schwellen für die Größen, Hysterese, erforderliche Dauer der Überschreitung zur Alarmauslösung); unmittelbare Benachrichtigungen per SMS, E-Mail und Mobil-App mit Einbindung in das SCADA des Unternehmens; ein unbegrenztes Datenarchiv mit Sicherung; automatische tägliche, wöchentliche und monatliche Berichte in PDF und Excel; Konformität mit 21 CFR Part 11 (FDA) für regulierte Anwendungen; Benutzerverwaltung mit Zugriffsebenen und Nachverfolgbarkeit der Änderungen.

Anwendungen

Zu den Anwendungen zählen: Überwachung verteilter Pharma- und Biopharmalager (mit Echtzeitalarmen bei Überschreitung der GMP-Schwellen); Bestände von Supermarkt-Kühlräumen und Kühlkettenlogistik; historische Archive, Bibliotheken und Museen an mehreren Standorten; Überwachung von Industriestandorten (Bedingungen in Agrarlagern, Zustand von Getreidesilos, Raumqualität in Rechenzentren und Serverräumen); Präzisionslandwirtschaft (Bodenfeuchte, Klimabedingungen in Gewächshäusern und Kellern); Gebäudeinstandhaltung und Ambient Management; Smart Cities (städtische Umweltqualität, Überwachung öffentlicher Gebäude, Innenraumkomfort in Schulen und Krankenhäusern).

Normen und Validierung

Für regulierte Pharmaanwendungen ist die Validierung des Gesamtsystems (IQ — Installation Qualification, OQ — Operation Qualification, PQ — Performance Qualification) in EU GMP Annex 1 und 21 CFR Part 11 vorgeschrieben. Die Sensoren müssen nach ISO 17025 mit dokumentierter Rückführbarkeit kalibriert sein. Die Konformität mit 21 CFR Part 11 gewährleistet die elektronische Signatur, die Datenintegrität und die Nachverfolgbarkeit der Änderungen für FDA-Anwendungen. Die Normen der Branche (UNI 10829 für Kulturgüter, EN 13486 für gekühlte Lagerung) gelten je nach Anwendung.

Auswahlkriterien

Bei der Auswahl des Umwelt-IoT-Systems sind zu berücksichtigen: Anzahl und Art der zu überwachenden Größen; geografische Abdeckung und Knotendichte (die die Funktechnologie bestimmen); die geforderte Batterielaufzeit (5-10 Jahre als Standard); die Dashboard-Software und die Berichtsfunktionen; die Konformität mit 21 CFR Part 11 für regulierte Anwendungen; die Einbindung von Drittsystemen über APIs; die Skalierbarkeit des Systems; die technische Unterstützung bei der Inbetriebnahme; die jährlichen Kosten des Cloud-Abonnements (SaaS-Modell); die Verfügbarkeit einer Beratung zur GMP-Validierung.