Що таке промислові комп'ютери та їх роль у сучасних системах автоматизації?
10 чи 20 років тому відповісти на це питання було доволі просто. Одразу в уяві повставав величезний важкий ящик, з великою кількістю вентиляторів що голосно гудять, в якому працювало аж надто застаріле “залізо”. І все це дуже дорого коштувало.
Промисловий комп'ютер був центром “всесвіту”. В нього встановлювали багато різних плат - інтерфейсних та вводу-виводу, підключали товсті пучки кабелів. На комп'ютер встановлювали спеціальну програму, що була написана під конкретну задачу, яка автоматизувала цілий цех або завод. Якщо возникала необхідність в зміненні конфігурації чи розширення функцій, доводилося додавляти нові пристрої та переписувати програму. Це було довго, дорого і неефективно.
З тих пір багато чого змінилося. Комп'ютери стали менші та функціональніші. Процесори швидші та холодніші, відпала необхідність в громіздкому охолодженні. З'явилась можливість здешевити комп'ютер і перенести його з обчислювальної зали безпосередньо до об'єкту автоматизації - верстату, електричній машинці або набору датчиків. З'явилась можливість вбудувати мініатюрний комп'ютер прямо в датчик температури, вологості чи тиску, в будь-який інший пристрій.
Так з'явилась концепція EDGE Computing - пограничної обробки даних. Можливості комп'ютерів зростають і велика кількість інформації може бути оброблена на місці. Фільтрація сигналів, стиснення відеопотоку та інші ресурсоємнісні задачі, які раніше неможливо було вирішити через обмеження обчислювальних можливостей або слабких каналів передачі даних.
Edge Device-to-Cloud - майбутнє IoT!
Промислові комп'ютери більше не є унікальним центром, навколо якого побудована автоматизована система, а розміщуються в тих місцях, де вони дійсно необхідні.
Сучасні засоби для бездротової комункації - 3G/4G/LTE, WiFi, Lora/LoraWAN легко дозволяють об'єднати компоненти системи в єдине ціле і забезпечити обмін інформацією між всіма рівнями - сенсорами та виконуючими механізмами, EDGE пристроями - комп'ютерами та контролерами, верхнім рівнем.
Інтелектуальні датчики, комп'ютери та комунікаційні пристрої, відповідне ПЗ утворюють промисловий інтернет речей.
Вплив 5G та LPWAN на Промисловий IoT
Промисловий Інтернет Речей розглядається багатьма користувачами як популярна, але в той самий час не дуже прозора технологія. І це в значному ступені сповільнює впровадження рішеннь на основі Інтернета Речей в нових проектах.
В той самий час світові аналітичні агенції прогнозують невплинне зростання обсягів впровадження технології Інтернету Речей. Вважається, що найближче десятиліття в інтернет речей, в тому числі в промисловості, будуть інвестовані десятки і сотні мільярдів доларів.
У статті на сайті ZDNet приводяться такі цифри:
Відповідно прогнозів IDC виробники планують витратити на впровадження промислового інтернету речей приблизно $197 мільярдів, транспортні компанії $71 миільярд, і на інфраструктурні проекти біля $61 мільярді. Для порівняння - увесь користувацький інтернет речей оцінюється в $108 мільярдів.
Промисловий Інтернет Речей та автоматизація підприємств.
Наша компанія пропонує як традиційні рішення для промислової автоматизації, так і засновані на використанні інтернету речей.
Ми не закликаємо одразу відмовитись від звичних стієчних, компактних чи панельних комп'ютерів. Як і раніше користуються великою популярністю модулі вводу/ виводу ADAM-4000, засновані на дротовому інтерфейсі RS485 і використовують команди ASCII/RTU чи MODBUS/RTU для обміну інформацією. Сервери послідовних портів і дротові промислові комутатори доповнюють цей набір.
Програмне забезпечення WebAccess/SCADA підтримує все обладнання і дозволяє зібрати практично будь-яку систему АСУ чи АСУ ТП.
Це звичний шлях, з відомими известными достоїнствами та недоліками.
Слабка масштабованість рішеннь і високий початковий рівень витрат - ось основні недоліки традиційної технології промислової автоматизації.
Проект будь-якого розміру - на одну точку вимірювання чи на 100, потребє приблизно однакових витрат - модулей вводу-виводу, серверів, операторського обладнання, програмування.
Уявімо собі великий цех з верстатами, з яких треба зібрати інформацію про стан обладнання, ступінь його зносу, енергоспоживання, робоче навантаження і т.п. При використанні традиційного підходу з MODBUS модулями, прокладкою дротів до кожного верстату, встановкою послідовних портів на центральний комп'ютер, та іншими “радостями”, шансів ефективно впровадити рішення дуже мало. В той самий час - встановивши на кожен механізм бездротовий датчик, і розгорнувши бездротову мережу, все можна зробити за лічені дні. Більш того - можна встановити всього один датчик, підключити його до смартфону і практично миттєво показати замовнику результат. Додавання нових датчиків і перетворювачів не потребує нових вкладеннь в проводку, розгортання нових серверів і інших серйозних вкладеннь.
Це промисловий інтернет речей.
Достатньо просто і дуже наочно - бездротовий пперетворювач чи датчик, вихід в інтернет за допомогою 3G/4G роутера, LoraWAN чи WiFi мережі, підключення до MQTT серверу, і смартфон чи планшет на стороні клієнта з простішим додатком для відображення результатів.
Подібне рішення описано в недавнньому випуску електронного видання Control Global - ПЗ, граничні пристрої і мережа на основі MQTT спрощують контроль хімічних процесів (Software, edge devices and MQTT-based networking simplify H2S process).
Промисловий Інтернет Речей - рішення компанії Адвантек.
Компанія Advantech пропонує дротові модулі ADAM-6000/6200 з підтримкою MODBUS/TCP та MQTT. Ці моделі використовують інтерфейс FastEthernet. Також в асортименті великий вибір бездротових модулей серії WISE-4000. Підтримується широкий спектр бездротових технологій - 3G/4G, WiFi, LoraWAN, LPWAN, NB-IoT.
Окрім бездротових модулей вводу-виводу пропонуються пограничні (EDGE) пристрої - мости та шлюзи - наприклад WISE-6610 для LoraWAN сетей чи WISE-710 для підключення пристроїв з послідовними портами (MODBUS), WiFi і Ethernet (MODBUS/TCP).
Для створення системи на основі промислового інтернета речей недостатньо мати обладнання і комуніаційні засоби. Без програмного забезпечення, яке дозволяє все зв'язати в єдине ціле, впровадження рішеннь може затягнутися на довгі роки і в решті решт закінчитися нічим.
В якості спеціалізованого ПЗ використовується Advantech EdgeLink, графічна (web) оболонка, що дозволяє гнучко налаштовувати процеси підключення і опитування датчиків, при мінімальній обробці на місці і передачі інформації на верхній рівень - в хмару чи систему замовника. Таке ПЗ вставновлюється або на IoT шлюз (типу WISE-710), або на один з EDGE пристроїв - наприклад ADAM-3600.
Крім низькорівневого ПЗ, компанія Advantech пропонує комплексні рішення на основі промислового інтернету речей. Набір рішеннь Advantech iFactory включає в себе такі стандартні незалежні компоненти - Ситуаційна кімната, Оцінка ефективності обладнання, Енергетичний менеджмент і ефективність, Інтелектуальне робоче місце, Візуальна інспекція на основі ШІ, Контроль відходів і забруднення.
Індустрія 4.0 на практиці: готові платформи рішеннь Advantech
Всі рішення можуть працювати як в публічній хмарі (MS Azure, AWS, Google Clouds) так і на персональному сервері
Багато елементів промислового інтернету речей доступні в нашому офісі. Бездротові модулі, EDGE пристрої, MODBUS модулі та 4G/LTE роутери.
Можна брати, пробувати, освоювати цю технологію і створювати власні рішення!