Jedną z największych sił napędowych rozwoju cyfrowej transformacji przemysłowej – w szczególności ekspansji Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) – jak również coraz wyższego poziomu automatyzacji w rozlicznych sektorach przemysłu była dotąd chmura obliczeniowa. Dziś jednak jasne jest, że zastosowanie chmury do zarządzania danymi i ich przechowywania to nie wszystko. 

Wraz z większym wykorzystaniem Przemysłowego Internetu Rzeczy, a tym samym wzrostem liczby inteligentnych urządzeń, rośnie zapotrzebowanie na przetwarzanie gromadzonych danych przez jednostki „brzegowe”, tzn. takie, które są najbliżej użytkowników. Korzystając z przetwarzania brzegowego, można zminimalizować wykorzystanie przepustowości sieci i skrócić czas reakcji poprzez umożliwienie przechowywania danych i zarządzania nimi blisko miejsca, w którym są one potrzebne. To zaś pozwala na wykorzystanie lokalnych serwerów brzegowych w znacznie szerszej gamie aplikacji. 

Typowe urządzenia brzegowe, które są dość powszechnie stosowane, to np. czujniki do sterowania oświetleniem, ogrzewaniem i innymi elementami. Widać wyraźne korzyści wynikające z umieszczania takich czujników jak najbliżej źródła mocy obliczeniowej, a także znaczne oszczędności, możliwe dzięki zmniejszeniu ilości danych, które muszą być przesyłane na duże odległości i/lub przechowywane w chmurze. 

Na użytkowników, którzy chcą eksportować dane z czujników bezpośrednio do chmury, czyhają jednak potencjalne pułapki. Mogą to być m.in. opóźnienia w sieci, słaba integracja systemów, wysokie koszty zarządzania danymi i luki w zakresie bezpieczeństwa IT. Dlatego uznaje się, że najlepsze jest działanie na poziomie lokalnym, a także, że wykorzystanie przetwarzania brzegowego może mieć bardzo korzystny wpływ na wdrożenie systemów w ramach Przemysłu 4.0, które w innym przypadku mogłoby być bardzo kosztowne.

Mniejsze ryzyko i większa efektywność

Przetwarzanie brzegowe może zmniejszyć ryzyko związane z podłączaniem urządzeń i udostępnianiem danych, zwiększyć elastyczność i efektywność działania w organizacji, zmniejszyć ilość przetwarzanych nieistotnych danych oraz zapewnić wyjątkowo niski i przewidywalny poziom opóźnień. W środowisku produkcyjnym, gdzie przetwarzanie brzegowe można zintegrować z systemem planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP) i zapewnić przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym, przedsiębiorstwo może znacznie przyspieszyć proces automatyzacji, działając na poziomie lokalnym.

Fundamentem tego nowego podejścia – wpływającym na powszechną automatyzację – jest możliwość przetwarzania danych lokalnie za pomocą solidnych, niezawodnych, konfigurowalnych i łatwych w użyciu rozwiązań, których wprowadzenie było dotychczas nie lada wyzwaniem w trudnych warunkach przemysłowych. Rozwiązania te obejmują np. użycie różnego typu sterowników przemysłowych i systemów komunikacyjnych, które mogą ułatwić instalację i zastosowanie oraz obsługę sieci Przemysłu 4.0.

Powszechnie wiadomo, że Przemysł 4.0 wymaga zastosowania różnych narzędzi, które nie tylko ułatwiają automatyzację, ale także pomagają w efektywnym przetwarzaniu i udostępnianiu szerokiego zakresu danych. To z kolei umożliwia usprawnienie i udoskonalenie procesów produkcyjnych oraz wytwarzanie produktów końcowych według dokładnych specyfikacji klienta.

Aby taka koncepcja mogła być wcielona w życie, potrzebne są specjalne interfejsy i urządzenia. Należą do nich karty sieciowe kompatybilne z różnymi typami magistrali, moduły przemysłowe, przewody połączeniowe oraz nowoczesne interfejsy w postaci wydajnych i lekkich komputerów panelowych. Obecnie to właśnie konwertery i moduły przemysłowe są niezbędne na drodze do Przemysłu 4.0.

Jednym z dostępnych rozwiązań brzegowych są sterowniki przemysłowe firmy Brainboxes. Umożliwiają one transmisję dwukierunkową, dzięki której komponenty komunikują się z działem inżynierów analizujących dane. Ten rodzaj transmisji wymaga kart sieciowych kompatybilnych z różnymi typami magistrali, np. magistralą Brainboxes PCI Express (PCIe) obsługiwaną przez kartę IX-100. Jej kompatybilność z systemami operacyjnymi, takimi jak Windows, Linux i in., ułatwia integrację z istniejącymi już ustawieniami. IX-100 posiada też zabezpieczenie przeciwprzepięciowe i wyróżnia się niewielkim rozmiarem: 120 x 76 x 18 mm. Karta ta, działająca w systemie plug and play, wyposażona jest w standardowy 9-pinowy port szeregowy COM RS-232 w pojedynczym gnieździe PCIe.

Solidność i łatwość podłączenia

Aby móc w pełni skorzystać z zaawansowanej komunikacji w środowisku IIoT, ważne jest użycie solidnych konwerterów i modułów we/wy, dzięki którym można łatwo podłączyć się do różnych urządzeń. Przykładem takich komponentów jest izolowany konwerter RS-232 do RS-422/RS-485 firmy Advantech – ADAM-4520-EE – wyposażony w trwałą obudowę z tworzywa ABS, o wymiarach 70 x 122 x 30 mm i poborze mocy 1,2 W przy 24 V DC.

Używając komputerów przemysłowych w trudnych warunkach, warto też rozważyć kupno wydajnych pamięci flash czy dobrać odpowiedni system operacyjny. Przykładem urządzenia nadającego się do pracy w bardziej wymagających warunkach jest komputer przemysłowy HARTING 2095000000300 z portem Ethernet, 32 GB pamięci flash oraz klasą szczelności IP67, zapewniającą ochronę przed brudem i wilgocią. Jednostka ta ma wymiary 132 x 86 x 35 mm, posiada 1 GB pamięci RAM i wykorzystuje zasilanie przez sieć Ethernet bądź elektryczne 12 V DC/24 V DC. Modułowa konstrukcja sprzętowa i programowa pozwala użytkownikom, inżynierom rozwoju i integratorom systemów na sprawne i wydajne stworzenie zintegrowanych projektów przemysłowych.

Zgodnie z ideą Przemysłu 4.0 wszystkie urządzenia w danym środowisku powinny być połączone w ramach tej samej sieci, dlatego kluczowa jest możliwość zasilania ich z jednego źródła. Jest to możliwe dzięki technologii Power over Ethernet, która do zasilania używa tego samego przewodu sieciowego, przez który przesyła dane między urządzeniami. Takie rozwiązanie pozwala na znaczące zmniejszenie kosztów instalacji elektrycznej. Przykładem jest tu moduł typu switch PoE Ethernet ANTAIRA LNP-0500G-24 z metalową obudową, 5 portami dostępu i wbudowanym wzmacniaczem napięcia. Został on wyprodukowany przez firmę ANTAIRA Technologies, zajmującą się tworzeniem rozwiązań komunikacyjnych dla przemysłu. Przedstawiony moduł jest idealny do pracy w nieprzyjaznych warunkach wymagających źródła zasilania PoE o dużej mocy, takich jak prywatne i drogowe systemy monitoringu, przemysł wydobywczy, systemy monitorowania ruchu, zarządzanie infrastrukturą energetyczną, wodociągową i oczyszczalniami czy zautomatyzowane linie produkcyjne w inteligentnych fabrykach.

Podsumowanie

Przy wdrażaniu Przemysłowego Internetu Rzeczy w zautomatyzowane środowisko, w którym dane są udostępniane lokalnie, poleganie jedynie na technologii chmury może okazać się niewystarczające. Optymalnym rozwiązaniem zapewniającym jak największą wydajność przy jak najmniejszych kosztach jest połączenie możliwości chmury i przetwarzania brzegowego. Na rynku dostępnych jest wiele łatwych w obsłudze i solidnych urządzeń, pozwalających na korzystanie z obu technologii naraz. Przetwarzanie brzegowe jest w dzisiejszych czasach bardzo ważnym czynnikiem wykorzystywanym w Przemyśle 4.0 bez względu na to, z jakim sektorem przemysłu i z jak wymagającym środowiskiem pracy mamy do czynienia.

Źródło: Artykuł powstał na podstawie materiałów firmy Transfer Multisort Elektronik