Что такое промышленные компьютеры и какая их роль в современных системах автоматизации?
10 или 20 лет назад ответить на этот вопрос было довольно просто. Сразу представлялся огромный тяжелый ящик, с большим количеством громко гудящих вентиляторов, в котором работало очень устаревшее “железо”. И все очень дорого стоило.
Промышленный компьютер был центром “вселенной”. В него устанавливали много различных плат - интерфейсных и ввода-вывода, подключали толстые пучки кабелей. На компьютер устанавливали специальную программу, написанную под конкретную задачу, которая автоматизировала целый цех или завод. Если возникала необходимость в изменении конфигурации или расширении функций, приходилось добавлять новые устройства и переписывать программу. Это было долго, дорого и неэффективно.
С тех пор многое изменилось. Компьютеры стали меньше и функциональнее. Процессоры быстрее и холоднее, отпала необходимость в громоздком охлаждении. Появилась возможность удешевить компьютер и перенести его из вычислительного зала непосредственно к объекту автоматизации - станку, электрической машине или набору датчиков. Появилась возможность встроить миниатюрный компьютер прямо в датчик температуры, влажности или давления, в любое другое устройство.
Так появилась концепция EDGE Computing - пограничной обработки данных. Возможности компьютеров возрастают и большее количество информации может быть обработано на месте. Фильтрация сигналов, сжатие видеопотока и другие ресурсоемкие задачи, которые раньше было невозможно решить из-за ограниченных вычислительных возможностей или слабых каналов передачи данных.
Edge Device-to-Cloud - будущее IoT!
Промышленные компьютеры больше не являются уникальным центром, вокруг которого построена автоматизированная система, а размещаются в тех местах, где они действительно необходимы.
Современные средства для беспроводной коммуникации - 3G/4G/LTE, WiFi, Lora/LoraWAN легко позволяют объединить компоненты системы в одно целое и обеспечить обмен информацией между всеми уровнями - сенсорами и исполнительными механизмами, EDGE устройствами - компьютерами и контроллерами, верхним уровнем.
Интеллектуальные датчики, компьютеры и коммуникационные устройства, соответствующее ПО образуют промышленный интернет вещей.
Влияние 5G и LPWAN на Промышленный IoT
Промышленный Интернет Вещей рассматривается многими потребителями как популярная, но в тоже время не очень прозрачная технология. И это в значительной степени замедляет внедрение решений на основе Интернета Вещей в новых проектах.
В тоже время мировые аналитические агенства прогнозируют неуклонный рост объемов внедрения технологии Интернета Вещей. Считается, что в ближайшее десятилетие в интернет вещей, в том числе в промышленности, будут инвестированы десятки и сотни миллиардов долларов.
В статье на сайте ZDNet проводятся такие цифры:
Согласно прогнозов IDC производители планируют потратить на внедрение промышленного интернета вещей примерно $197 миллиардов, транспортные компании $71 миллиард, и на инфраструктурные проекты около $61 миллиард. Для сравнения - весь потребительский интернет вещей оценивается в $108 миллиардов.
Промышленный Интернет Вещей и автоматизация предприятий.
Наша компания предлагает как традиционные решения для промышленной автоматизации, так и основанные на использовании интернета вещей.
Мы не призываем сразу отказаться от привычных стоечных, компактных или панельных компьютеров. По прежнему пользуются большой популярностью модули ввода вывода ADAM-4000, основанные на проводном интерфейсе RS485 и использующие команды ASCII/RTU или MODBUS/RTU для обмена информацией. Серверы последовательных портов и проводные промышленные коммутаторы дополняют этот набор. Программное обеспечение WebAccess/SCADA поддерживает все оборудование и позволяет собрать практически любую систему АСУ или АСУ ТП.
Это привычный путь, с известными достоинствами и недостатками.
Слабая масштабируемость решений и высокий начальный уровень затрат - вот основные недостатки традиционной технологии промышленной автоматизации.
Проект любого размера - на одну точку измерения или на 100, потребует примерно одинаковых затрат - модулей ввода/вывода, серверов, операторского оборудования, программирования.
Представим себе большой цех со станками, с которых нужно собрать информацию о состоянии оборудования, степени его износа, энергопотреблении, рабочей нагрузке и т.п. При использовании традиционного похода с MODBUS модулями, прокладкой проводов к каждому станку, установкой последовательных портов на центральный компьютер, и прочими “прелестями”, шансов эффективно внедрить решение очень мало. В тоже самое время - установив на каждый механизм беспроводный датчик, и развернув беспроводную сеть, все можно сделать за считанные дни. Более того - можно установить всего один датчик, подключить его к смартфону и практически мгновенно показать заказчику результат. Добавление новых датчиков и преобразователей не требует новых вложений в проводку, развертывания новых серверов и других тяжелых вложений.
Это промышленный интернет вещей.
Достаточно просто и очень наглядно - беспроводный преобразователь или датчик, выход в интернет с помощью 3G/4G роутера, LoraWAN или WiFi сети, подключение к MQTT серверу, и смартфон или планшет на стороне клиента с простейшим приложением для отображения результатов.
Подобное решение описано в недавнем выпуске электронного издания Control Global - ПО, граничные устройства и сеть на основе MQTT упрощают контроль химических процессов (Software, edge devices and MQTT-based networking simplify H2S process).
Промышленный Интернет Вещей - решения компании Адвантек.
Компания Advantech предлагает проводные модули ADAM-6000/6200 с поддержкой MODBUS/TCP и MQTT. Эти модели используют интерфейс FastEthernet. Также в ассортименте большой выбор беспроводных модулей серии WISE-4000. Поддерживается широкий спектр беспроводных технологий - 3G/4G, WiFi, LoraWAN, LPWAN, NB-IoT.
Помимо беспроводных модулей ввода-вывода предлагаются пограничные (EDGE) устройства - мосты и шлюзы - например WISE-6610 для LoraWAN сетей или WISE-710 для подключения устройств с последовательными портами (MODBUS), WiFi и Ethernet (MODBUS/TCP).
Для создания системы на основе промышленного интернета вещей недостаточно иметь оборудование и коммуникационные средства. Без программного обеспечения, которое позволяет все связать в единое целое, внедрение решений может затянуться на долгие годы и в конце концов окончиться ничем.
В качестве специализированного ПО используется Advantech EdgeLink, графическая (web) оболочка, которая позволяет гибко настраивать процессы подключения и опроса датчиков, минимальной обработки на месте и передачи информации на верхний уровень - в облако или систему заказчика. Такое ПО устанавливается либо на IoT шлюз (типа WISE-710), либо на одно из EDGE устройств - например ADAM-3600.
Помимо низкоуровневого ПО, компания Advantech предлагает комплексные решения на основе промышленного интернета вещей. Набор решений Advantech iFactory включает в себя такие стандартные независимые компоненты - Ситуационная комната, Оценка эффективности оборудования, Энергетический менеджмент и эффективность, Интеллектуальное рабочее место, Визуальная инспекция на основе ИИ, Контроль отходов и загрязнения.
Индустрия 4.0 на практике: готовые платформы решений Advantech
Все решения могут работать как в публичном облаке (MS Azure, AWS, Google Clouds) так и на собственном сервере заказчика.
Многие элементы промышленного интернета вещей доступны в нашем офисе. Беспроводные модули, EDGE устройства, MODBUS модули и 4G/LTE роутеры.
Можно брать, пробовать, осваивать эту технологию, создавать собственные решения!