Hodnocení okraje jako platformy

„Edge“ neboli „okraj“ je v oblasti průmyslové automatizace špičkovou technologií, ale tento jednoduchý termín zahrnuje mnoho prvků. Za okraj lze považovat přístroje monitorující fyzikální vlastnosti, řídicí prvky automatizující zařízení, procesory provádějící výpočty a další. Okraj samozřejmě zahrnuje propojení všech těchto prvků a umožňuje aplikace průmyslového internetu věcí (IIoT).

V kontextu průmyslové automatizace a IIoT by si uživatelé měli dát pozor na příliš úzké definice. Před implementací by si měli zjistit, co mohou od kompletní okrajové platformy očekávat. Platforma není jen jeden určitý hardware, jako je například okrajový počítač, ale řada hardwarových možností, různý software a rozsáhlé možnosti připojení a sítí. Okrajová platforma by měla poskytovat kompatibilní a rozšiřitelná řešení s pohodlným dodáním, vývojem, nasazením a podporou.

I když je každá okrajová aplikace vytvořena z jedné nebo více „věcí“, je důležité zaměřit se nejen na to, co jednotlivé prvky dělají, ale také na to, jak dobře spolu všechny prvky spolupracují. Pro účely škálovatelnosti je totiž zásadní, aby se četné okrajové hardwarové a softwarové komponenty bezpečně připojovaly a prováděly computing. Návrháři musejí pečlivě zvážit komplexní okrajovou platformu z hlediska technického výkonu a udržovatelnosti. 

Čtyři stavební bloky okrajové platformy: hardware, software, komunikace a kybernetická bezpečnost

Po desetiletí byl průmyslový okraj, kde se fyzikální signály převáděly do digitální sféry a zpět, tvořen programovatelnými logickými automaty (PLC) a později programovatelnými automaty (PAC). Používaly se ve spojení s rozhraním člověk–stroj (HMI) a grafikou systému dohledového řízení a sběru dat (SCADA) pro zajištění vizualizace. Zde bylo možné pracovat s omezenými typy a množstvím dat způsobem, který poskytoval podporu operačním týmům využívajícím tyto systémy. Ačkoli se výpočetní výkon, síťové metody a komunikační protokoly v průběhu let výrazně zlepšily, možnosti zůstaly omezené.

Pro moderní okraj je typické velké množství hardwarových zařízení s mnoha typy softwaru, které spolu intenzivně komunikují kyberneticky bezpečným, ale přesto dostupným způsobem (obrázek 1). Tyto součásti a díly jsou uspořádány tak, aby propojovaly prostředky provozních technologií (PT) se zdroji informačních technologií (IT).

1. Hardware používaný pro okrajové aplikace může stejně jako v minulých letech zahrnovat PLC/PAC. Pokud je vyžadováno řízení, je lepší používat modernější okrajové řídicí prvky. Okrajový řídicí prvek pracuje jako PLC, provádí deterministické řízení v reálném čase, ale obsahuje výpočetní systém pro všeobecné použití, takže je vhodný k provádění mnoha typů výpočetních, analytických a IIoT úloh. Každá varianta hardwaru je vhodná pro specifické potřeby aplikace. Některé základní implementace mohou vyžadovat pouze okrajové brány k přenosu dat, zatímco složité výpočetní aplikace vyžadují výkon průmyslového počítače (IPC).
2. Software umožňuje vybranému hardwaru plnit zamýšlené řídicí a výpočetní funkce. To zahrnuje předběžné zpracování dat, jejich agregaci, přiřazení kontextu k datům, jejich ukládání a předávání informací dalším systémům, obvykle na vyšší úrovni na místě nebo v cloudu. Software je také nezbytný pro podporu místní a vzdálené vizualizace – prostřednictvím grafických rozhraní HMI a SCADA – kromě zobrazení v prohlížeči nebo na mobilních zařízeních a přehledových panelech (obrázek 2). Software by měl splňovat průmyslové standardy a poskytovat otevřené a rozšiřitelné prostředí. Stejně důležité je však i to, aby se softwarové prostředí snadno používalo a umožňovalo tak úspěšné nasazení a podporu.
3. Komunikace zahrnuje hardware a software a má jedinečné požadavky podle toho, zda se jedná o připojení k prostředkům PT nebo IT. Mezi běžné protokoly PT patří Ether-Net/IP (ODVA), Profinet (PI North America) a Modbus TCP (Modbus Organization), ale stále se používá mnoho dalších možností, včetně klasické sériové komunikace. Mezi protokoly IT patří OPC UA a telemetrický přenos zpráv (MQTT). Okrajová zařízení musejí zvládat protokoly PT a IT a zajišťovat bezproblémovou výměnu dat mezi nimi.
4. Obavy o kybernetickou bezpečnost jsou přirozeným důsledkem rozšířené konektivity a dostupnosti. Tradiční průmyslová zařízení měla jen malá nebo žádná bezpečnostní opatření. Naproti tomu moderní zařízení musejí obsahovat nejnovější technologie kybernetické bezpečnosti a musejí být snadno udržovatelná a aktualizovatelná prostřednictvím záplat. Správa okrajových zařízení by měla vyžadovat jen malé administrátorské úsilí. 

Sestavení, nebo pořízení okrajové platformy? Čtyři obavy

Jednotlivé prvky hardwaru, softwaru, komunikace a kybernetické bezpečnosti lze v různé míře pořídit nebo sestavit na míru. Tento individuální přístup však přináší rizika, včetně prodloužení doby trvání projektu. Mezi čtyři nejčastější obavy patří:

1. Vynaložení času a úsilí na vyhodnocení potenciálních produktů a ověření, zda nabízejí potřebný výkon na průmyslové úrovni.
2. Ověření konektivity mezi hardwarovými produkty a prostředky PT a IT, se kterými musí komunikovat.
3. Zajištění bezpečné kompatibility napříč aplikacemi a vybranými operačními systémy.
4. Prozkoumání budoucí škálovatelnosti a podpory.

Uživatelé, výrobci strojů a systémoví integrátoři by mnohem raději soustředili své úsilí na vývoj hodnotné aplikace než na zkoumání vhodnosti všech prvků, které jsou jejím základem. Z těchto a dalších důvodů je pro implementace na okrajích sítě často nejrozumnější zvolit produkty z portfolia okrajových řešení, z nichž některá jsou nabízena jako kombinace hardwaru a softwaru připravená ke konfiguraci.

OBRÁZEK 2: Moderní software HMI/SCADA s podporou okrajových funkcí, jako je například Emerson Movicon WebHMI, poskytuje otevřené a rozšiřitelné prostředí podporující všechny typy místní i vzdálené vizualizace

Okrajová platforma versus implementace po částech

Kompletní průmyslová okrajová platforma poskytuje základy pro budování okrajových řešení, od nejmenších projektů sběru dat na strojích nebo v závodech až po rozsáhlé integrace výrobních linek. Tato standardizace poskytuje vývojářům jistotu, že každý projekt bude při nasazení fungovat správně a že jej bude možno dál úspěšně rozšiřovat a integrovat s budoucími iniciativami na okraji sítě.

Pro komerční a průmyslové projekty by vývojáři měli zvážit okrajové platformy s následujícími pěti atributy (obrázek 3):

• hardware ve škálovatelné a kompatibilní řadě od malých PLC přes střední a velké PAC až po okrajové řídicí prvky, brány a IPC;
• deterministický softwarový engine pracující v reálném čase, který umožňuje přenositelnost řídicí logiky mezi PLC, PAC a okrajovými řídicími prvky;
• obecný otevřený a rozšiřitelný software pro IIoT, vizualizaci a analytiku s možností běhu na okrajových řídicích prvcích a IPC;
• podpora mnoha důležitých protokolů PT a IT a možnost přidávat další;
• dostupnost optimalizovaných a předem licencovaných balíčků hardwarových/softwarových okrajových řešení pro zjednodušení nasazení pro běžné průmyslové role, včetně HMI, okrajových počítačů, okrajového řízení, okrajové analytiky a systémů SCADA.

Ačkoli jsou moderní průmyslová okrajová řešení a IIoT založené na otevřenosti, obrovský význam má síla osvědčené platformy, která umožňuje tyto typy projektů realizovat. Okrajová platforma umožňuje uživatelům zahájit implementaci a uvolňuje kreativitu pro daný projekt, než aby musela být vynaložena na zkoumání a testování produktů. Další výhodou je včasné odhalení překážek, takže vývojáři mohou řešit problémy, což zkracuje celkovou dobu trvání projektu a zvyšuje rychlost uvedení na trh.

OBRÁZEK 3: Okrajové platformy podporují úspěšný vývoj projektů IIoT, pokud nabízejí kompletní a koordinovanou škálu hardwarových a softwarových prvků a lze je získat jako optimalizovaná řešení pro běžné role, jako jsou vizualizace, okrajové výpočty, okrajové řízení, analytika a SCADA

Přijetí kompletního okrajového řešení

Koncoví uživatelé, výrobci OEM a systémoví integrátoři, kteří je podporují, stále častěji zavádějí okrajové technologie v široké škále vizualizačních, analytických a IIoT projektů. Přestože existuje mnoho možností hardwarových a softwarových produktů pro realizaci těchto projektů, je pro vývojáře obtížným úkolem zajistit správnou kombinaci kompatibility, výkonu a zabezpečení.

Naštěstí jsou na výběr možnosti od společností, které nabízejí kompletní okrajové platformy určené pro průmyslové aplikace. Tím se zbavíte stresu, který je spojen s individuálním přístupem, kdy se komponenty vybírají a testují individuálně. Díky budování na kompletní okrajové platformě mohou vývojáři soustředit své úsilí na optimalizaci aplikací a zároveň minimalizovat procesy dodání, vývoje, nasazení a podpory.

Rich Carpenter, autor článku, je generální manažer pro software v oblasti řešení pro automatizaci strojů společnosti Emerson. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..