Успішні граничні обчислення: Частина 3 - Граничні обчислення забезпечують гнучкість для мобільних додатків

Третя стаття з серії "Успішні граничні обчислення"

Новини >> Публікації >> 31.05.2021

Ні для кого не сюрприз, що як тільки промислові обчислення й управління досягають границь, вони не припиняються, а продовжують використовувати свою нововіднайдену гнучкість в мобільних додатків, що постійно удосконалюються.

Було поставлене завдання - забезпечити транспортування води, модульних резервуарів та буферні ємності до широко розташованих, мінливих ділянок гідророзриву пласта та їх водним кар'єрам. Для цього обладнання компанії New Wave Energy Services в Калгарі, Альберта, Канада, мало бути високомобільним.

Не так давно ця компанія спроектувала та побудувала великі, змонтовані на трейлері установки для перекачування води, з чотирма насосами потужністю 500-800 л/с та входами діаметром 12 дюймів. І вирішила залучити компанію netDNA з Британської Колумбії, Канада, для їх автоматизації.

Кожна така установка має дизельний генератор та насоси, керовані контролером, що працює по протоколу Modbus/TCP, тому компанія netDNA додала в кожен трейлер програмований промисловий контролер groov EPIC від Opto 22 та модулі вводу/виводу. Аналогові входи контролюють рівні нагнітання та всмоктування, цифрові входи контролюють витратоміри, а механічні релейні виходи відкривають та закривають насоси у відповідь на дії контролера генераторної установки.

Оснащений власним файрволом для захисту даних, groov EPIC отримує дані від контролера генераторної установки, включаючи оберти та відповідну телеметрію, та публікує їх на центральному брокері/сервері, використовуючи вбудований інструмент програмування Node-RED з відкритим вихідним кодом та комунікаційний протокол MQTT "publish-subscribe". Дані, які публікує groov EPIC, передаються пристроєм за його власним файрволом, тому немає необхідності змінювати вхідні порти. Після встановлення з'єднання з брокером всі дані, на які підписується groov EPIC, безпечно приймаються по тому ж з'єднанню. Це дозволяє деяким насосам відповідати на команди протягом секунди.

За словами генерального директора netDNA Дена Арбо, використовуючи groov EPIC та інші інструменти IIoT, їм вдалось пройти шлях від початкового проектування до створення повної системи, готової до керування насосами всього за три тижні. Завдяки netDNA компанія New Wave може запропонувати користувачам моніторинг та управління більш швидке та дешеве, ніж у конкурентів. Шість установок, встановлених на трейлерах, запрацювали вже до червня 2019 року, та ще декілька установок знаходяться в розробці (рис. 1).

Рис. 1: Причіпні насосні установки New wave Energy Services для перекачування води в місцях гідророзриву пласта мають чотири насоса потужністю 500-800 к.с. з виходами діаметром 12 дюймів, які керуюються контролером генераторної установки і автоматизовані компанією netDNA за допомогою граничного програмованого контролера groov EPIC, який також збирає дані контролера, включаючи оберти і телеметрію, і публікує їх на центральному брокері / сервері за допомогою вбудованого інструменту програмування Node-RED з відкритим вихідним кодом і протоколом публікації-підписки MQTT.

На додаток до установок, що монтується на трейлерах, New Wave також автоматизує моніторинг і управління резервуарами і котлованами для води своїх клієнтів, що підвищує безпеку і забезпечує більш швидку і надійну передачу даних.

Так само контролюється рівень води в резервуарах і управління насосами для запобігання розливів. І резервуари і котловани контролюються на предмет якості повітря і рівня токсичного, легкозаймистого сірководню (H2S), а контрольно-вимірювальні прилади і автоматизація допомагають забезпечувати безпеку персоналу. Автоматизація від netDNA складається з автономних шлюзів SignalFire для бездротових датчиків, які передають Modbus / TCP на локальні процесори groov EPIC, кожен з яких також використовує Node-RED і MQTT для публікації тегів даних від своїх насосів. Ці теги охоплюють 15 точок телеметричних даних, включаючи 10 команд призупинення, аварійної зупинки та інших команд. Виробничі дані також відслідковуються і архівуються, оскільки в разі розливу або виникнення проблем операторам необхідно точно знати, що робили насоси в той чи інший момент часу.

"Деякі компанії, що займаються виробництвом двигунів та насосів, прагнуть автоматизації. У деяких з них вже є системи, але вони не сполучаються одна з одною - groov EPIC змушує їх "спілкуватись", - говорить Арбо.

Окрім автоматичного моніторингу, управління та збору даних, Groov EPIC також надає користувачам New Wave налаштовуваний веб-інтерфейс HMI, який netDNA розробила з використанням Groov View, браузера з функцією перетягування тегів, включеного в Groov EPIC. Кожен трейлер оснащений радіоприймачем інтернет-протоколу (IP), який забезпечує маршрутизацію, більше 90 метрів бездротового покриття і живлення для стільникового модему, який підключається до стільникової глобальної мережі (WAN). Використовуючи свій HMI groov View, авторизовані польові техніки можуть використовувати планшетний ПК для доступу до цієї мережі і, наприклад, запускати всі 20 насосів в системі котлованів, контролюючи або змінюючи оберти з екрану HMI.

Заглядаючи в майбутнє, netDNA вивчає обмін повідомленнями Sparkplug з MQTT, доступний в groov EPIC з програмним забезпеченням Ignition Edge SCADA від Inductive Automation. Sparkplug підвищує функціональну сумісність MQTT за допомогою метаданих, кодування і стиснення корисного навантаження для підтримки низької пропускної здатності. Він також здійснює скрупульозне відстеження стану, щоб всі клієнти знали, коли дані застарівають.

Пристрої groov EPIC на кожному трейлері, цистерні або котловані публікують дані в брокері MQTT, а інші пристрої groov EPIC підписуються на ці дані. Як брокер компанія netDNA використовує свій власний захищений MQTT-сервер. Арбо додає, що його мрія - це багатофункціональний автоматизований "чорний ящик" - відкрите шасі з groov EPIC "в центрі" і SignalFire для підключення до бездротових датчиків. Він передбачає використання цього обладнання не тільки в нафтогазовій галузі, а й у сільському господарстві, гірничодобувній промисловості та інших галузях з далеко розташованими об'єктами, такими, що потребують автоматизації і передачі даних.

"Groov EPIC об'єднує управління і зондування в реальному часі з локальним зберіганням даних, мережею і безпекою, забезпечуючи візуалізацію на базі мобільних пристроїв і браузера, зв'язок OPC UA і MQTT, а також безліч варіантів програмування в одному контролері, в тому числі блок-схему, східчасту логіку, функціональну діаграму і послідовну функціональну схему з Codesys, PAC Control і Node-RED ", - говорить Джош Істберн, директор з технічного маркетингу компанії Opto 22. Користувачі також можуть отримати доступ до операційної системи Linux для розробки на C ++ або Python або запуску інших додатків, наприклад, серверів баз даних - і все це на одному пристрої".

"Раніше ці функції виконувалися на окремих комп'ютерах з окремими комунікаціями для управління. Тепер користувачі можуть поглянути на архітектуру та інфраструктуру своїх систем і підготувати їх до IoT, використовуючи граничні обчислення для перепроектування системи, зменшення складності, управління безпекою та запуску одного цілісного пристрою замість п'яти. Вони можуть дооснастити свої старі додатки інтелектуальними пристроями або забезпечити кібербезпеку застарілим пристроям, щоб вони також могли брати участь в IoT.

Граничні обчислення можна уявити собі як смартфон: якщо раніше для здійснення телефонних дзвінків, фотографування, відтворення музики і визначення часу були потрібні окремі пристрої, то сьогодні у нас є один пристрій, який може робити все це. Аналогічним чином, традиційні промислові пристрої замінюються граничними обчислювальними пристроями, які мають вбудовані функції обробки даних, зберігання, мережевої взаємодії і безпеки, так що ви можете запускати різні додатки на одному пристрої ".

Про автора: Джим Монтегю, виконавчий редактор журналу Control

JimMontague0609

Успішні граничні обчислення: Частина 1 - Що це і де знаходиться?

Успішні граничні обчислення: Частина 2 - Обсяг периферійних обчислень значно збільшується в потужних серверах.