по Майкл Шелдон и Райан Келли, Maple Systems

Промышленные сети могут использовать терминалы операторов для выполнения коммуникационных и аналитических функций, связанных с задачами Интернета вещей.

Промышленный интернет вещей (IIoT) уже здесь, и он меняет представление производителей о бизнесе. В наши дни каждый хочет иметь беспроводное подключение, синхронизацию и удаленный доступ. Вы называете это, мы хотим быть подключенными к этому. В обрабатывающей промышленности существует большая потребность и стремление к расширению возможностей подключения и доступа к ценным данным с наших заводских машин.

Войдите в пограничный шлюз. Пограничный шлюз открывает доступ к ценным данным, созданным с помощью существующих ресурсов. В производственной сфере устройства edge gateway преобразуют данные, используемые приложениями управления, в формат, удобный для IIoT, отправляя эти данные в Интернет для использования приложениями IIoT.

Устройство пограничного шлюза должно соответствовать ключевым требованиям. Она должна быть эффективной, надежной и масштабируемой. Он также должен быть прост в настройке и вводе в эксплуатацию. Прежде всего, это должно быть безопасно. И он должен взаимодействовать с широким спектром существующего оборудования и поддерживать новые протоколы IIoT, такие как MQTT (ранее MQ Telemetry Transport). Это стандарт ISO (ISO/IEC PRF 20922), основанный на публикации и подписке “облегченный” протокол обмена сообщениями для использования поверх протокола TCP/IP. Он предназначен для соединений с удаленными местоположениями, требующими небольшого объема кода или ограниченной пропускной способности сети.

HMI является хорошим кандидатом для использования в качестве пограничного шлюзового устройства. HMI, окно оператора в машину, может быть легко расширено, чтобы играть ту же роль в виртуальном мире. HMI — это место, где данные агрегируются, фильтруются и представляются оператору. Эти же данные могут быть легко представлены пользователям, подключающимся к HMI через IIoT.

Основным требованием IIoT является интероперабельность. Головокружительный набор коммуникационных протоколов, используемых сегодня на производстве, представляет собой значительный барьер. К счастью, современные HMI обладают обширными библиотеками драйверов промышленных протоколов, работающих на различных сетевых архитектурах. Это превращает HMI в средство решения проблемы функциональной совместимости.

Например, HMI Maple Systems HMI5097DXL имеет три последовательных порта и порт CANbus, которые могут работать одновременно, используя более 200 различных протоколов. Кроме того, два отдельных порта Ethernet позволяют устройству выделять один порт для нужд промышленной сети управления в режиме реального времени, в то время как другой зарезервирован для подключений к внешней сети и функций IIoT. Четко разделенные порты Ethernet обеспечивают дополнительную безопасность, поскольку прямого сетевого пути к самому оборудованию не существует.

Данные, передаваемые HMI с поддержкой пограничного шлюза, должны быть представлены вышестоящим ИТ-приложениям гибким, модульным и эффективным способом. Функция MQTT, доступная во всех HMI Maple Systems, иллюстрирует мощь этого протокола. MQTT организован по разделам, которые могут содержать отдельные точки данных или группу связанных данных. HMI может быть сконфигурирован для передачи данных из определенной темы всякий раз, когда возникает изменение, или периодически, снижая пропускную способность, необходимую для подключения.

Фундаментальным преимуществом MQTT является то, что данные поступают к центральному “брокеру” вместо прямой передачи нескольким клиентам, таким как удаленные интерфейсы или программное обеспечение для управления. Брокер MQTT отвечает за поддержание клиентских подключений и отправку/получение сообщений. Клиентские устройства, пограничные шлюзы и ИТ-приложения (или издатели/подписчики на языке MQTT) освобождаются, чтобы сосредоточиться на производстве и потреблении данных. Такое разделение труда значительно повышает масштабируемость. По мере роста общих размеров системы требования к ресурсам процессора и пропускной способности пограничного шлюза остаются неизменными.

Кроме того, MQTT — это облегченный протокол. Широко используемая реализация брокера потребляет всего около 3 МБ оперативной памяти при 1000 подключенных клиентах. Такая небольшая площадь означает, что HMI может быть сконфигурирован как пограничный шлюз, так и брокер MQTT, что снижает потребность в дополнительном оборудовании.

Разработчики приложений обладают большой гибкостью при использовании данных, которые пограничный шлюз создает в качестве издателя MQTT. Инженеры могут присваивать названия тем переменным или тегам, которые они хотят опубликовать в брокере. Темы — это заголовки или адреса, используемые для организации данных в протоколе MQTT. MQTT позволяет разделять темы интуитивно понятным образом. Одна точка данных может быть назначена нескольким темам, и одна тема может содержать более одной точки данных. Приложение может подписаться на все разделы в одном HMI, создавая приложение, отслеживающее один конкретный компьютер. Или, если параметр (скажем, температура) существует на многих машинах, программист может использовать раздел “wild card”, чтобы мгновенно подписаться на один и тот же параметр на всех машинах. Это позволяет эффективно и легко обнаруживать ненормальные условия на всей установленной базе машин.

Процесс настройки HMI прост для инженера по управлению, который встраивает пограничный шлюз в систему. Инженер просто создает аутентифицированное соединение с брокером, затем выбирает теги для публикации. Инженер упорядочивает теги по темам, затем загружает проект в HMI.

MQTT — это одно из многих приложений с поддержкой Интернета, доступных на устройствах edge gateway, таких как Maple HMI, которые предлагают замечательные функции связи и сбора данных. HMI могут отправлять электронные письма, содержащие журнал данных и аварийные состояния. Приложения удаленного доступа позволяют удаленным пользователям отслеживать компьютеры и управлять ими через защищенные VPN-соединения. Они также позволяют удаленно загружать обновления проекта. Интеграция с базами данных позволяет компьютерам регистрировать данные непосредственно на серверах баз данных по локальной сети. Пользовательские серверные/ клиентские приложения позволяют интегрировать интеллектуальные устройства (планшеты Android/Apple) для мониторинга и управления машиной. По сравнению с заменой машин, HMI с поддержкой edge gateway являются недорогим вариантом для модернизации машин или добавления в новые сборки машин.

Пример показывает, как обычно работает процесс настройки. Компания А хочет предложить клиентам удаленный доступ/ мониторинг, удаленные оповещения по электронной почте, устранение неполадок и настройку за пределами предприятия и аналогичные преимущества. Компания A использует протокол MQTT из-за его широкого использования и документации с Facebook messenger, совместимости с облаком и способности эффективно передавать большие объемы данных по сетям. MQTT также позволяет компании A беспрепятственно расширять свои веб-сервисы Amazon, не перегружая всю доступную пропускную способность сети на каждом производственном участке.

Инженерные отделы компании используют множество различных марок ПЛК, все с разными протоколами. Таким образом, компания A решает использовать HMI Maple Systems HMI5097DXL с двумя сетями Ethernet, который служит как HMI, так и пограничным шлюзом. HMI5097DXL поддерживает MQTT и более 200 других протоколов управления, что позволяет ему связывать существующие сети управления с IIoT.

Двойные порты Ethernet отделяют сети внутри предприятия от внешних сетей информационных технологий. Это защищенное соединение обеспечивает расширенный удаленный доступ и мониторинг, удаленные сигналы тревоги по электронной почте и удаленное программирование. HMI с двумя сетями Ethernet позволяют компании A поддерживать изолированную сеть, предназначенную для ее оборудования, но при этом предоставлять доступ к Интернету через интернет-провайдера клиента. Архитектура публикации/подписки в сети MQTT означает, что персоналу компании A не придется прослушивать ИТ-отделы своих клиентов.

Поскольку их системы широко распространены, компания A размещает своего брокера MQTT за пределами сайта. Новый поток данных подключается к веб-приложению, в которое клиенты могут войти для мониторинга оборудования в режиме реального времени.

Удаленные функции, встроенные в HMI, позволяют компании A обновлять проекты (включая настройку MQTT за пределами площадки) в соответствии с меняющимися требованиями клиентов, не тратя время и деньги на месте. Ит-отдел может быстрее реагировать на запросы к программному обеспечению и данным на всем развернутом оборудовании, не покидая помещений компании. Компания А использует прогнозное обслуживание вместо профилактического, чтобы сократить расходы, улучшить поиск неисправностей и сократить время простоя. Новые машины, добавленные в сеть, отправляют интеллектуальные данные обратно в центральную базу данных для анализа.

Рассмотрим другой пример, касающийся компании по переработке пищевых продуктов с одним предприятием. Как и у многих в обрабатывающей промышленности, у компании B самыми большими препятствиями для внедрения IIoT являются бюджет и функциональная совместимость. На его заводе размещены сети Ethernet и последовательного управления, которые не могут обмениваться данными из-за несовместимых протоколов. Компания хочет централизовать данные, не покупая новый сервер и удаленный хостинг. Ключевые требования к оборудованию IIoT включают поддержку протокола MQTT, поддержку устаревших протоколов и безопасное удаленное взаимодействие. Maple Systems RMI5010 соответствует потребностям компании B, поскольку нет необходимости в новых дисплеях. Это устройство имеет небольшой форм-фактор, который вписывается в существующие панели.

Компания B создает как проект, так и брокер MQTT внутри своих новых интерфейсов, используя программное обеспечение для настройки EZware. Они определяют темы MQTT для передачи данных с производственных площадок на информационные панели и аналитические программы, используемые руководством. Аналитическое программное обеспечение теперь предлагает оперативный поток данных с работающего оборудования.

Удаленный доступ через RMI5010 надежно подключается к ноутбукам, телефонам на базе Android или планшетам на базе Android /iPad, предоставляя менеджерам этажей мобильный доступ. Функция оповещения по электронной почте немедленно оповещает персонал, когда что-то идет не так, независимо от местоположения. Два порта Ethernet плюс последовательная связь обеспечивают безопасное подключение к офисным сетям, подключенным к Интернету.

Централизация данных, поступающих от оборудования предприятия, повышает осведомленность о системе. Затраты на техническое обслуживание снижаются благодаря объединению данных об износе машины и ее использовании. Программное обеспечение идентифицирует шаблоны данных, указывающие на вероятные сбои, поэтому машины могут работать в полную силу, не рискуя дорогостоящими остановками.

В целом, компания B может использовать подробную статистику как по своим машинам с наибольшей прибылью, так и по узким местам в технологическом процессе. В конечном счете, пограничный шлюз HMI выполняет управление локальным компьютером, открывая новые возможности в IIoT.

Системы Maple
www.maplesystems.com/IIoT