В Часть 4 из этой серии, мы подробно описали передовые вычисления и шлюзы для промышленного оборудования. Теперь рассмотрим различные протоколы и коммуникации, используемые в IIoT connectivity — например, Архитектуры SCADA, MES и ERP мы уже рассказывали об этом в частях 1 и 2 этой серии. Они в наибольшей степени вовлечены в конвергенцию IT/OT (операционных технологий) — часто включают задачи корпоративного уровня, шлюзы и другие возможности подключения, позволяющие конфигурировать систему с помощью стандартных веб-браузеров, а также оперативные настройки и дополнительные управленческие действия.
Также используется во многих установках IIoT Язык структурированных запросов (SQL) — программирование, позволяющее синхронизировать данные и журналы событий с MySQL и MS SQL серверы баз данных Преимуществом здесь является доступ ИТ-персонала, который реализуется проще, чем альтернативы, основанные на элементах управления. Это верно независимо от того, используют ли системы базовые элементы управления, такие как Raspberry Pis, или сложные интерфейсы баз данных Интернета вещей на базе ПК (которые обычно требуют дополнительного аппаратного и программного обеспечения).
Также наблюдается массовое внедрение методов поддержки многосторонних подходов к проектированию IIoT (включающих программное обеспечение, аппаратное обеспечение и подключение) в таких областях, как инфраструктура, платформа и программное обеспечение как услуга (IaaS, PaaS и SaaS соответственно) или облачные сервисы К ним относятся Alibaba Cloud, Tencent Cloud, Google Cloud, IBM Cloud и Oracle Cloud. Однако в США на сегодняшний день двумя ведущими общедоступными (не корпоративными и не сетевыми) поставщиками облачных услуг для автоматизации машин являются:
• Amazon Web Services Inc. с облачным программным обеспечением и сервисами AWS
• Microsoft с Лазурный край Интернета вещей облачное программное обеспечение и сервисы
Они в первую очередь поддерживают использование баз данных (с помощью таких продуктов, как Amazon simple storage service или S3 buckets и Amazon DynamoDB managed database services), онлайн- и локальные приложения, а также вычислительные мощности по требованию. С последним связаны лямбда-сервисы AWS, которые позволяют использовать Python, Node.js , Java и программирование на C# для запуска на серверах сервиса.
Облачные сервисы выполняют и другие функции. Частью того, что способствует внедрению AWS и Azure для IIoT, является то, что все больше инженеров стали чувствовать себя комфортно при создании своей собственной инфраструктуры на этих платформах. В конце концов, облачные сервисы передачи данных освобождают инженеров от дополнительной работы по проектированию базового оборудования и программного обеспечения — поскольку ИТ—задачи выполняет поставщик. AWS и Azure также позволяют использовать программное обеспечение, которое тезисы докладов потоки данных и коммуникации — упрощение некоторых работ по проектированию с помощью графических интерфейсов и других инструментов, которые избавляют инженеров от необходимости разбираться с мелочами программирования. Облачные сервисы также облегчают продвинутый инжиниринг с помощью виртуальных машин, на которых работают операционные системы и приложения, контроль над которыми поддерживают инженеры-проектировщики.
Более того, облачные сервисы могут использовать различные коммуникационные сервисы по протоколам, использующим принципы публикации и подписки, чтобы быть основным сервисом для них всех. Это устраняет необходимость в трудоемкой адресации во время настройки системы.
Все эти функции, в свою очередь, могут способствовать развитию довольно продвинутых возможностей, включая использование алгоритмов машинного обучения для категоризации и обработки данных для составления прогнозов и оперативной корректировки оборудования и производства. Неудивительно, что поставщики промышленных компонентов расширяют возможности, которые они предлагают для такого облачного подключения.
“Контроллеры WAGO основаны на Linux, что позволяет применять новые программные технологии, включая Docker, защищенные протоколы IIoT для различных облачных платформ и сетевые агенты, такие как AWS Greengrass и Azure IoT Edge», — объясняет Курт Браун, специалист по рынку IIoT для WAGO Corp.
Облачный сервис WAGO по адресу cloud.wago.com дает инженерам простой способ начать работу с IIoT. Сервис работает с контроллерами WAGO PFC100/200 и сенсорными панелями 600 HMI с простым процессом подключения. После установки даже нетехнический персонал может настраивать информационные панели с учетом тенденций и настраивать уведомления по электронной почте с помощью механизма правил, управляемого с облачного портала. Бета-версия также обеспечивает удаленный доступ к веб—управлению контроллерами для обновления программного обеспечения и удаленный просмотр веб-визуализации контроллеров, добавляет Браун.
Контроллер производителя PFC200 G2 и сенсорная панель 600 HMI сертифицированы для Ядро AWS GreenGrass Core. Это расширяет возможности использования AWS (включая AWS Lambda и Things Graph), позволяя подключенным периферийным устройствам (таким как датчики и исполнительные механизмы) локально обрабатывать генерируемые ими данные — и используйте облако для управления данными, их хранения и аналитики.
С AWS IoT Greengrass, подключенные устройства также могут работать Контейнеры Docker. Этот услуга по контейнеризации от Докер Инк. поставляется как в бесплатной, так и в профессиональной версиях. Напомним, что в контексте промышленного программирования контейнер это часть исполняемого программного обеспечения, содержащая коды, системные инструменты, время выполнения, библиотеки и настройки, необходимые для автономного запуска приложения. Во многих конструкциях машин контейнеры предназначены для передачи и синхронизации данных с другими системами или выполнения различных прогнозов — даже при отключении от Интернета.
По словам Брауна, преимущества строительства в контейнерах включают в себя:
• Простое развертывание на устройствах
• Переносимость программного обеспечения, позволяющая использовать его на разных платформах
• Повышенная безопасность за счет предоставления изолированной среды для инженерных приложений
“Docker можно установить на продукты WAGO PFC200 и TP600. Фактически, WAGO регулярно выпускает множество готовых контейнеров для расширения возможностей своих продуктов. Примерами могут служить TosiBox Lock для контейнерной VPN, Ignition Edge от Inductive Automation и противотуманная фара с открытым исходным кодом Dianomic”, — добавляет Браун.
Другие производители предлагают контейнеры Docker для собственных нужд. “Мы предлагаем пограничные шлюзы только инженерам-проектировщикам, которые хотят получить от нас комплексное решение”, — объясняет Вейсхаар. “Но вскоре мы можем предложить программные контейнеры для пограничных шлюзов на базе Docker, которые соединяют наши двигатели. Мы считаем это наиболее эффективным, поскольку большинству машиностроителей и операторов не нужны уникальные шлюзы от каждого поставщика компонентов. Для таких сборок мы рассматриваем передача телеметрии в очереди сообщений (MQTT) наряду с REST API и AMQP — еще одним транспортным протоколом для передачи данных — стать ведущим стандартом связи на переднем крае”.
Фактически, MQTT также незаменим во многих структурах подключения Интернета вещей. Для непосвященных: MQTT — протокол, поддерживающий масштабируемую связь между датчиками и мобильными устройствами. Любая встроенная поддержка MQTT с устройства также полезна, поскольку она применима в сервисах Amazon AWS IoT. Кроме того, MQTT (как и AMQP) является экономичным и стандартизированным. Рассмотрим, как поддержка MQTT может быть реализована с помощью Festo CPX-IoT-GW шлюз: Это устройство может обрабатывать данные с полевого уровня в различных облачных или локальных системах. На самом деле, источники в Festo указывают, что поставщик вскоре предложит больше поддержки MQTT для своих продуктов. Они утверждают, что дополнительные сервисы на границе позволяют предоставлять обработанные данные в сторонних системах, которые также могут работать в облачных сервисах. Подключение к этим сервисам осуществляется через соответствующие модули.
Последний распространенный вариант — это Унифицированная архитектура OPC (UA) от фонда OPC. OPC-UA включает в свои спецификации связь между публикацией и подпиской, поэтому может служить альтернативой MQTT для передачи данных в облако. Те, кто занимается управлением движением, больше всего ценят стандартизированный коммуникационный протокол OPC-UA, дополненный чувствительной ко времени сетью (TSN) в качестве независимой от поставщика полевой шины для децентрализованной автоматизации.
“Как поставщик интеллектуальных двигателей, мы ценим то, что OPC-UA с TSN делает ненужным любой дополнительный ПЛК», — объясняет Вейсхаар“В конце концов, системы выигрывают от архитектур, основанных в первую очередь на двигателях, способных обрабатывать команды и выполнять задачи движения, взаимодействуя в режиме реального времени с другими устройствами. Последние могут включать в себя пограничные шлюзы, которые обрабатывают некоторую логику процесса наряду с подключениями к вышестоящим системам, таким как ERP или облако.”
Растущее количество сетевых операций может привести к самым кардинальным изменениям в способах установки и перенастройки систем движения. “Современные технологии «подключи и работай» автоматически идентифицируют параллельные продукты, восходящие соединения и резидентное программное обеспечение. Кодирование с использованием предварительно запрограммированной кинематики и библиотек функций еще больше упрощает эти конструкции, особенно когда они максимально нейтральны к устройствам или сети”, — говорит Раск.
Источники в Lenze Americas утверждают то же самое. Они выставляют счета таким системам, как Подключи и производи — и сделайте упор на адаптируемые системы, способные эффективно переключаться между режимами для производства небольших партий продукции. Ключевым моментом здесь является переналадка с минимальными ручными усилиями. Рассмотрим одну производственную линию Plug & Product, использующую систему для производства упакованных потребительских моющих средств: отдельные модули могут включать в себя модули подачи, подбора и размещения, упаковки, паллетирования и выгрузки, которые подключаются к линии и снимаются с нее для быстрой замены упаковки кремовых моющих средств на упаковку стиральных порошков.
В этой и других установках перепрограммирование не требуется; вместо этого загрузка значений конфигурации запрашивает и связывает нужные модули. Эти значения в первую очередь управляют производственными процессами, а также передают информацию о задачах и их последовательности. Необходимая информация может включать высоту точек перемещения конвейерной ленты; положения, в которые должны доставляться заготовки; и скорость, с которой они могут быть обработаны. Как только все критерии выполнены и установлены соответствующие физические интерфейсы, начинается производство.
Функции Smart factory от Lenze также основаны на использовании оболочек управления активами (AASs), определенных эталонной архитектурной моделью Industry 4.0 — РАМИ 4.0. Это стандарт ассоциации производителей электротехники и электроники под названием Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie (ZVEI), ведущей ассоциации производителей в Германии. Ознакомьтесь со статьей Что такое RAMI 4.0 и оболочки управления активами в контексте индустрии 4.0? по Даниэль Коллинз подробнее об этом читайте здесь.Каждый AAS в электронном виде описывает компонент стандартизированным способом. Это позволяет осуществлять обмен компонентными и системными данными между активами и производственными системами более высокого уровня.
AASs, применяемый в системах Plug & Product, может применяться как для отдельных компонентов, так и для модулей и целых машин. Содержащиеся в нем данные включают данные, относящиеся к физическим свойствам оборудования (таким как размеры, срок службы и эксплуатационные значения), а также к их функциям — будь то, например, привод, сетевой компонент, упаковочный модуль или сварочная установка. Сумма этих данных формирует цифровой двойник, позволяющий осуществлять программирование и моделирование перед физической реализацией данной машины.
Такие стандарты связи с открытым исходным кодом позволяют модулям машины и ее элементам управления автоматически обмениваться данными AAS — или даже выполнять автономные взаимодействия в процессе производства. Для этого требуется унифицированная модель данных и информации, а также стандартизированная семантика, чтобы данные также могли быть правильно интерпретированы. Первый — с AASs. Во-вторых, Lenze использует расширение OPC-UA, основанное на сопутствующей спецификации PackML. ⚙️ Переходите к части 6 этой серии: IDE и другое программное обеспечение для подключения и проектирования Интернета вещей
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии