Twój szef chce wdrożyć projekt Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT), ale nie jesteś pewien, co to oznacza? A może projekt pilotażowy jest w trakcie realizacji i napotyka na przeszkody? W obu przypadkach, nie martw się. Skup się na jednym słowie: skalowalność. Inteligentne moduły wejścia/wyjścia (I/O) mogą pomóc w skalowalnych, elastycznych i bezpiecznych projektach IIoT.
Skalowalność to właściwość systemu umożliwiająca wzrost i zarządzanie zwiększonym zapotrzebowaniem, która odróżnia IIoT od poprzednich architektur danych i sterowania. Nawet jeśli pracujesz nad aplikacją na małą skalę, skupienie się na skalowalności wyjaśni krytyczne decyzje technologiczne, usuwając przeszkody ze ścieżki i tworząc fundament, na którym można budować.
Budując sieć IIoT, postępuj zgodnie z poniższymi czterema wskazówkami, aby zmaksymalizować skalowalność.
TYTUŁW skrócie
Otwarte technologie mogą być wykorzystywane w projektach IIoT.
Integracja cyberbezpieczeństwa w projekcie IIoT.
Przetwarzaj dane na brzegu sieci, korzystaj z rozproszonych modułów I/O.
JEDEN: wykorzystanie otwartych technologii dla IIoT
W tym samym czasie, w którym branża telekomunikacyjna stworzyła nowoczesny Internet, branża sterowania przeszła przez wojny fieldbus, potrzebując lat, aby zaakceptować otwarte standardy, takie jak Ethernet na hali produkcyjnej. Zastrzeżone media i protokoły komunikacyjne stworzyły złożone sieci połączeń punkt-punkt między odbiorcami i producentami danych, które są kosztowne w skalowaniu.
Chociaż nie jest to jedyny powód różnicy w skali konsumenckich i korporacyjnych systemów informatycznych (IT) w porównaniu z sieciami przemysłowymi, przyjęcie wydajnych, neutralnych dla dostawców standardów było korzystne dla skalowalności w tych domenach.
Otwartość może korzystnie wpłynąć na skalowalność IIoT na wiele sposobów:
- Otwarte standardy promują interoperacyjność, która ma fundamentalne znaczenie dla koncepcji IIoT.
- Otwarte architektury systemowe zmniejszają kompatybilność dostawców jako ograniczenie projektowe, umożliwiając inżynierom optymalizację pod kątem wydajności.
- Otwarte technologie często obniżają koszty licencji, zapewniając więcej środków na rozbudowę systemu.
Lekki protokół transmisji danych (MQTT) jest przykładem otwartego standardu IoT, który jest skalowalny i interoperacyjny, zwłaszcza w połączeniu z ładunkami Sparkplug B. Dostępnych jest wiele zasobów na temat MQTT. Sparkplug B pomaga w integracji danych między czujnikami, urządzeniami, bramami i aplikacjami w infrastrukturze MQTT.
DWA: włączenie cyberbezpieczeństwa do projektu IIoT
Sieć nie może się rozwijać, jeśli nie można tego zrobić bezpiecznie. Brak zintegrowanych zabezpieczeń w tradycyjnej automatyce jest kolejnym czynnikiem ograniczającym jej skalowalność. Skłania to grupy IT do stosowania drakońskich polityk bezpieczeństwa, które hamują podstawowe cele IIoT, takie jak gromadzenie danych z oddzielnych sieci automatyki, lub zwiększają złożoność sieci poprzez zastosowanie dodatkowych urządzeń i oprogramowania cyberbezpieczeństwa.
Podobnie jak w przypadku komunikacji, cyberbezpieczeństwo czerpie korzyści z wykorzystania standardowych technologii i technik, a nie własnych rozwiązań dodawanych do produktów automatyki. Uwierzytelnianie użytkowników, szyfrowanie SSL/TLS i VPN, by wymienić tylko kilka, są powszechne w urządzeniach IT od dłuższego czasu i zaczęły pojawiać się również w nowszych urządzeniach OT. Jest to również dobrodziejstwo dla interoperacyjności IT i budowania zaufania.
Bezpieczeństwo ma fundamentalne znaczenie dla IIoT i powinno mieć wysoki priorytet przy wyborze komponentów sieciowych. Choć nie jest to protokół bezpieczeństwa, MQTT zawdzięcza swoją popularność częściowo temu, że wykorzystuje sprawdzone mechanizmy, takie jak szyfrowanie TLS, i pozwala urządzeniom IIoT na dwukierunkową komunikację, pozostając zamkniętym na połączenia zewnętrzne.
TRZY: przetwarzanie danych IIoT na brzegu sieci, rozproszone moduły I/O
Po zaprojektowaniu wysokowydajnej sieci kuszące może być skupienie systemu na przesyłaniu danych do usług w chmurze w celu ich przetwarzania i analizy. Jest to wspólny cel dla wczesnych projektów IIoT. Strumienie nieprzetworzonych danych są jednak kosztowne w transporcie, przechowywaniu i przetwarzaniu, co może doprowadzić do przedwczesnego zakończenia projektu z powodu przekroczenia budżetu.
Bardziej skalowalne podejście wykorzystuje przetwarzanie brzegowe w celu usprawnienia ilości i poprawy jakości danych przesyłanych do centralnych usług przetwarzania. Moc przetwarzania może być osadzona na poziomie obiektu lub obszaru, ale może być również dystrybuowana do poziomu linii, komórki lub urządzenia dzięki najnowszym osiągnięciom w zakresie przemysłowych wejść/wyjść i sterowania.
Moc obliczeniowa Edge jest zwykle wykorzystywana do filtrowania szumów z surowych danych sygnałowych, agregowania danych z wielu czujników, dodawania kontekstowych metadanych lub pakowania danych szeregów czasowych do interoperacyjnych formatów wymiany, takich jak JSON. Cały ten wysiłek na krawędzi zapewnia czyste dane w całym systemie i zmniejsza późniejsze koszty komunikacji i obliczania liczb.
CZTERY: zarządzanie cyklem życia urządzeń IIoT
Wszystko, co ogranicza zdolność systemu do rozwoju w odpowiedzi na zapotrzebowanie, powinno być uwzględnione w projekcie systemu, a warstwa fizyczna sieci IIoT jest pełna potencjalnych wąskich gardeł. Ograniczenia sieciowe zostały już poruszone i należy zwrócić należytą uwagę na cykl życia urządzeń IIoT.
W przypadku prawdziwie skalowalnego systemu, przynajmniej poniższe elementy będą musiały być szybko powtarzane i utrzymywane w czasie:
- Wybór lub specyfikacja urządzenia,
- Instalacja fizyczna, w tym odpowiednie zabezpieczenia środowiskowe,
- Połączenia z zasilaniem, komunikacją i wejściami/wyjściami lub źródłami danych,
- Konfiguracja urządzenia,
- Konfiguracja zabezpieczeń urządzeń, danych i sieci,
- Integracja z innymi systemami.
Mała uwaga na marginesie: omawiając IIoT, inżynierowie czasami zakładają, że wymaga on łączności bezprzewodowej i inteligentnych czujników, ale nie jest to prawdą. Większość cennych danych przemysłowych znajduje się w tradycyjnych przewodowych urządzeniach i czujnikach. Zrozumienie, w jaki sposób włączyć te dane z terenów poprzemysłowych do sieci, może odblokować znaczną skalę.
Zachowaj prostotę IIoT: usługi brzegowe na poziomie wejścia/wyjścia
Kluczem do przebicia się przez szum wokół IIoT jest zrozumienie, że prostota jest warunkiem wstępnym skali. Komunikacja na poziomie zakładu nie jest niczym nowym, ale tradycyjne technologie komunikacji w zakładzie powodują zbyt dużą złożoność, aby osiągnąć rząd wielkości wzrostu łączności, który jest celem wdrożenia IIoT.
Na szczęście dostępnych jest coraz więcej opcji budowania skalowalnych sieci IIoT przy rozsądnych kosztach posiadania. Przenosząc łączność, bezpieczeństwo i możliwości przetwarzania danych w dół stosu automatyzacji, zmniejszają one złożoność sieci przemysłowych i wysiłek wymagany do ich skalowania.
Zorientowane na krawędź usługi osadzone na poziomie I/O mogą być wykorzystywane do integracji starszych urządzeń, łączenia różnych sieci automatyki, tworzenia segmentowanych stref bezpieczeństwa w sieci IIoT oraz zapewniania wydajnego przetwarzania i transportu bezpośrednio do współdzielonych systemów.
Wiele tak zwanych rozwiązań IIoT obiecuje wyniki “pod klucz” za wysoką cenę, nie poprawiając podstawowych ograniczeń technologii poprzedniej generacji. Nie daj się rozproszyć. Postępowanie zgodnie z tymi wskazówkami pomoże w zastosowaniu podstawowych zasad projektowania systemów i pomoże zrealizować projekt IIoT.
DO ROZWAŻENIA
Czy uwzględniłeś najnowsze technologie jako część skalowalnego projektu IIoT?
Josh Eastburn jest dyrektorem marketingu technicznego w Opto 22. Po 12 latach pracy jako inżynier automatyki w branży półprzewodników, petrochemii, żywności i napojów oraz nauk przyrodniczych, Eastburn współpracuje z inżynierami Opto 22, aby zrozumieć potrzeby przyszłych klientów.
