Využívejte IIoT k zefektivnění provozních operací

Obrázek 1: Stupně vyspělosti modelu IIoT znázorňují, jak společnosti postupně digitalizují své provozní činnosti, aby mohly efektivněji přistupovat k provozním datům a jednat na jejich základě. Všechny obrázky byly publikovány se svolením společnosti AutomationDirect Obrázek 1: Stupně vyspělosti modelu IIoT znázorňují, jak společnosti postupně digitalizují své provozní činnosti, aby mohly efektivněji přistupovat k provozním datům a jednat na jejich základě. Všechny obrázky byly publikovány se svolením společnosti AutomationDirect

Dostupná řešení IIoT využívají inteligentní routery a související cloudové služby.

Probíhá závod o nejlepší způsoby získávání továrních dat a jejich propojení se službami cloud computingu. Cílovou pásku je sice možná poněkud těžké rozeznat, ale koncoví uživatelé i výrobci OEM chtějí tato data shromažďovat a následně využívat aplikace třetích stran nebo vlastní analytické nástroje, aby získali přidanou hodnotu zefektivněním svých operací.

Základem projektů průmyslového internetu věcí (IIoT) a Průmyslu 4.0 je propojení nejrůznějších systémů provozní techniky (OT) se zdroji informačních technologií (IT) přímo v lokalitě závodu i v cloudovém prostředí. Tato propojení jsou rovněž nezbytná pro provádění záznamu dat, sledování produktů, analýzu a vizualizaci. Zatímco některá nová zařízení umístěná v provozu jsou dodávána s již vestavěnou cloudovou konektivitou, většina uživatelů bude disponovat mnoha staršími systémy, které by bylo možné využít pro přístup k datům.

Nicméně překlápění kompletního řešení datové konektivity z provozního prostředí do cloudu není pro většinu aplikací dobrou volbou. Je poměrně složité stanovit nejlepší hardwarové, softwarové a síťové prvky pro zajištění spolehlivého a bezpečného výkonu. Místo toho tito uživatelé potřebují spolehlivé, volně dostupné řešení, aby se mohli soustředit na koncové body v provozu a v cloudu.

Tento článek pojednává o tom, na co by se uživatelé měli zaměřit při výběru cloudové platformy pro podporu projektů IIoT.

Kroky k dosažení vyspělého modelu IIoT

Průmyslové výrobní provozy potřebují data, aby bylo možné plně zhodnotit zařízení, vstupní suroviny, produkci a efektivitu výroby. Existuje mnoho různých dat pocházejících z všelikých zdrojů a může být obtížné zjistit, od čeho začít. Vyspělý model IIoT může uživatelům pomoci pochopit jejich současný stav a ukázat na ta místa, kde mohou realizovat určitá zlepšení (viz obr. 1).

Mnoho společností je na dobré cestě, co se týče používání programovatelných logických automatů (PLC) a počítačů k provádění lokální automatizace a elektronizace zařízení a systémů. Mohou mít také na místě zavedeno dobré síťové připojení.

Další kroky směrem k Průmyslu 4.0 však vyžadují propojení zdrojových dat s propracovanějšími – a obvykle cloudovými – zdroji z důvodu analýzy, predikce a přizpůsobení provozním podmínkám. Uživatelé budou chtít přinejmenším schopnou vizualizaci svých provozních činností, ale rychle zjistí, že je důležité vyvinout vlastní cloudové analyzační a učicí systémy způsobem, jenž pečlivě chrání jejich duševní vlastnictví.

Někteří uživatelé si mohou od úplného základu vytvořit vlastní výpočetní řešení, ale většina z nich se mnohem častěji integruje s široce používanými systémy, jako jsou např.:

  • Microsoft Power BI a Azure;
  • platforma pro business intelligence a analytiku Tableau;
  • Ultimo asset management.

Koncoví uživatelé a výrobci OEM se více zajímají o to, jak se dostat k vysoce hodnotným konečným výsledkům ukládání a analýzy dat, než o budování řešení pro přenos těchto dat. Proto potřebují flexibilní a bezpečné řešení pro manipulaci s daty, které lze rychle nastavit a snadno udržovat.

Základy konektivity IIoT

Existuje mnoho požadavků na konektivitu, bezpečnost a spolehlivost řešení datové konektivity IIoT. Mezi nejdůležitější patří především otevřená platforma bez uzamčení ze strany dodavatele, která zajistí co největší flexibilitu při dalším vývoji. Dalšími klíčovými požadavky jsou:

  • inteligentní routery pro připojení k mnoha PLC a rozhraní člověk–stroj (HMI);
  • podpora nejběžnějších komunikačních protokolů OT;
  • zjednodušené protokolování v cloudu (v reálném čase i z historie) pro zdroje dat PLC;
  • více způsobů integrace IT, například rozhraní API a webové moduly;
  • flexibilní služby licencování a správy;
  • komplexní podpora zabezpečení certifikovaná podle ISO 27001;
  • spolehlivost připojení.

Konektivita

Primárním cílem je přenášení dat do cloudu, zatímco sekundární potřebou je zpřístupnění těchto dat uživatelům a aplikacím, které je potřebují.

Řešení vzdáleného připojení a monitorování pro průmyslové projekty IIoT musí zahrnovat hardwarové a softwarové prvky pro připojení ke všem OT datům v dané provozovně a jejich přenos do cloudu. Jedna z nejlepších možných architektur pro tento účel zahrnuje inteligentní router v místě instalace, jenž je prostřednictvím internetu bezproblémově připojen ke cloudové platformě (viz obr. 2).

Fig 2Obrázek 2: Router StrideLinx od společnosti AutomationDirect se dokáže bezproblémově propojit s PLC a HMI přímo v místě instalace zařízení a poskytuje řešení vzdáleného připojení a monitorování s možností využití cloudu

Tento router musí nejen podporovat všechny standardní komunikační protokoly OT, ale uživatelé by měli mít možnost konfigurovat a stahovat nastavení routeru z cloudu, aniž by museli navštívit pracoviště nebo upravovat cílové programy PLC. Řešení připojení tohoto typu lze přidat do jakékoli instalace bez dopadu na základní a stávající automatizační systémy a je možné je optimalizovat pro záznam dat v reálném čase i historických dat do cloudu (viz obr. 3).

Fig3 SLRouterObrázek 3: Routery StrideLinx VPN od společnosti AutomationDirect jsou optimalizovány pro práci přímo na místě instalace daného zařízení a pro přístup k datům PLC, včetně jejich následného efektivního a bezpečného přenosu prostřednictvím internetu do cloudové platformy StrideLinx

Přístup k těmto datům lze realizovat mnoha způsoby. Mobilní aplikace poskytne základní přehled o datech všem oprávněným uživatelům. Webové moduly mohou být propojeny s externími aplikacemi a poskytovat pokročilejší funkce, například generování textových/e-mailových alarmů při problémových stavech, aby servisní týmy mohly rychle reagovat. Nejschopnější formu obvykle představuje aplikační programové rozhraní (API), protože umožňuje službám cloud computingu dynamicky přistupovat k jakýmkoli potřebným datům z cloudové databáze. Licencování spojené s kterýmkoli cloudovým řešením by mělo být flexibilní, jednoduché a cenově dostupné. Uživatelé potřebují mít možnost snadno přidávat a odebírat značky (tagy), aniž by se museli zabývat složitými schématy počítání značek nebo jinými problémy. Z hlediska správy systému by cloudová řešení měla zahrnovat centralizované monitorování a protokolování, aby bylo možné odhalit anomálie ve výkonu.

Zabezpečení dat

Přirozenou obavou při realizaci jakéhokoli projektu přístupu k datům je jeho kybernetická bezpečnost. Jedná se o složité téma, které vyžaduje specializované odborné znalosti a značné know-how v oblasti IT, pokud si uživatel vytváří vlastní řešení. Nejlepším způsobem, jak řešit zabezpečení, je vybrat hotové řešení, které využívá koordinované routery a cloudové služby certifikované podle požadavků ISO 27001. Routery by měly obsahovat firewally, zamezovat vnějšímu provozu, používat zabezpečené protokoly na odchozích portech, poskytovat komplexní omezení přístupu uživatelů a obsahovat dvoustupňové autentizační ověřování. Poskytovatel hostovaných služeb VPN by měl průběžně využívat skenování a audit třetích stran, aby odhalil případné zranitelnosti v síti.

Spolehlivost provozu

Spolehlivost se vytváří prostřednictvím odstraňování jednotlivých bodů selhání. Routery by měly být schopny přepnout při selhání z primární/preferované sítě na sekundární/záložní síť, ať už se jedná o připojení Wi-Fi, 4G nebo Ethernet. Pokud dojde ke ztrátě připojení, musí router obsahovat významnou vestavěnou paměť pro záznam dat do doby, než bude připojení opět on-line a data bude možné přenášet. Cloudové služby by měly být propojeny v síti desítek serverů v geograficky různorodých datových centrech po celém světě, aby byl zajištěn pohotový provoz a redundantní ukládání a zpracování dat.

Aplikace v reálném světě

Jakmile si koncový uživatel nebo výrobce OEM vybere řešení konektivity IIoT, které pracuje s výše uvedenými detaily, jak jej pak může upotřebit?

Většina uživatelů spoléhá na tato řešení výhradně kvůli schopnosti zpracovávat data, zatímco stále větší počet uživatelů do nich začleňuje také vizualizační funkce, aby efektivně vytvořili vzdálené/mobilní HMI.

Mnoho uživatelů je z řad výrobců OEM, kteří instalují svá zařízení na mnoha místech a potřebují k nim konzistentní způsob přístupu, přičemž je třeba pečlivě oddělit klienty od sebe. Koncoví uživatelé – nebo jimi určení systémoví integrátoři (SI) – stále častěji zavádějí projekty IIoT s využitím cloudových řešení.

Licence OEM pro přístup k zařízením

Výrobci OEM se zajímají nejen o výkon a produktivitu strojů v jednotlivých případech. Pro mnohé z nich je nesmírně cenné konsolidovat data z flotily implementovaných zařízení, aby mohli provádět hlubší analýzy, které vedou k lepším způsobům optimalizace provozu nebo předcházení problémům. To může zahrnovat údaje o sledování stavu zařízení, jako jsou teplota a vibrace. Některá cloudová řešení IIoT lze opatřit licencí, takže OEM může tyto hardwarové a softwarové služby nabízet jako přidanou hodnotu s vlastní značkou.

Analýza prováděná koncovými uživateli

Koncoví uživatelé mohou využívat cloudové řešení IIoT, které je škálovatelné od úrovně jednoho stroje až po celou továrnu nebo více továren, aby mohli konzistentně shromažďovat potřebná data. Stejně jako u výrobců OEM jsou někdy tato data o výrobě, dostupnosti a spotřebě energie potřebná pro pokročilejší analýzu provozních operací. V jiných případech potřebují koncoví uživatelé sledovat využití surovin v průběhu výrobního procesu, monitorovat zásoby výrobků na daném pracovišti nebo provádět jiné úkoly.

Řešení IIoT se podstatně zjednodušují

Vytvoření řešení IIoT, které uživatele přenese z provozního prostředí do cloudu od úplného začátku, není pro většinu koncových uživatelů a výrobců OEM proveditelné, protože vyžaduje podrobnou implementaci a podporu požadované konektivity, bezpečnosti a spolehlivosti. A právě z tohoto důvodu jsou k dispozici již hotová řešení, která respektují každý z těchto aspektů a umožňují snadno přidat možnosti IIoT do jakéhokoli stávajícího systému v provozu a připojit tyto systémy ke cloudovým zdrojům k jejich pokročilejšímu zpracování. Komplexní řešení využívající inteligentní routery a související cloudové služby pomáhá uživatelům všech typů rychle vytvořit důvěryhodný systém IIoT, aby mohli začít tvořit přidanou hodnotu a neustále zefektivňovat průběh provozních operací.

Bill Dehner, autor článku, strávil většinu své patnáctileté inženýrské kariéry navrhováním a instalací průmyslových řídicích systémů pro ropný a plynárenský průmysl, oblast energetiky a odvětví manipulace s obaly. Je držitel bakalářského titulu v oboru elektrotechniky a přidruženého titulu v oboru avioniky od USAF. Ve společnosti AutomationDirect působí na postu technického marketingového inženýra.

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com