EcoStruxure de la Schneider Electric este un exemplu de sistem de gestionare a datelor IIoT bazat pe cloud.
În ultimele decenii automatizarea industrială a făcut posibilă, pentru producători și companiile de procesare, reducerea costurilor și furnizarea de valoare adăugată clienților. Cu rețele în timp real în funcțiune, roboții, sistemele de transport și echipamentele de proces pot comunica între ele date despre starea lor pentru a asigura funcționarea fără probleme.
Pe măsură ce presiunile asupra costurilor și a timpului de producție continuă să crească, utilizatorii industriali nu au nevoie doar de o vizibilitate mai mare în sistemele IIoT; ei trebuie, de asemenea, să ofere abilitatea acestor sisteme de a reacționa inteligent la schimbările datorate unor factori externi sau interni. Acestea sunt sisteme unde deseori dintr-o defecțiune rezultă situații de urgență, deci abilitatea de a detecta problemele de funcționare cât mai repede sau chiar de a le preveni este vitală. Dacă se pot trimite avertizări care să anticipeze defectările, întreținerea preventivă poate fi programată pentru a preveni timpul de oprire și devierea producției pe sistemele de rezervă. Prin măsurarea în timp real a multor parametri care determină “sănătatea sistemului”, internetul industrial al lucrurilor (IIoT) poate transforma capacitatea întreprinderii de a reacționa la schimbare.
Senzorii oferă informațiile necesare IIoT și furnizează măsurătorile pe care IIoT le cere. Deși multe mașini-unelte încorporează deja numeroase tipuri diferite de senzori, datele pe care le furnizează au fost deseori păstrate local – utilizate doar de echipamentele la care sunt conectate direct.
Date în timp real
IIoT se deschide pentru datele colectate de entitățile industriale, reunind date captate de sisteme vechi și măsurători din noduri dedicate senzorilor inteligenți. Prin intermediul IIoT, această nouă generație de noduri senzoriale joacă un rol cheie în deblocarea puterii informațiilor pe care o organizație o are deja, dar pe care nu o poate aplica în timp real, deoarece îi lipsește contextul prin care să realizeze acest lucru. Informațiile sunt accesibile prin platforme de analiză în cloud, care pot urmări tendințele datelor primite și pot compara între diferite surse de date pentru a calcula cele mai bune căi de acțiune pentru un anumit sistem.
Ca exemplu, să considerăm o flotă de camioane pentru colectarea gunoiului, care golesc periodic pubelele de gunoi ale unui oraș aglomerat și congestionat. În mod convențional, camioanele au un traseu fix, zilnic sau săptămânal, în care se deplasează la fiecare locație pentru a goli coșurile, indiferent cât sunt de pline. În multe cazuri, unele pubele pot fi aproape goale, în timp ce altele pot fi suprasolicitate, deoarece programul nu ține cont de modul în care oamenii le folosesc. Dacă un senzor cu ultrasunete este montat pe fiecare coș, la intervale regulate poate trimite actualizări de stare despre cantitatea de gunoi din interior.
Programele care rulează pe serverele din cloud pot combina datele despre starea pubelei cu alte informații la care au acces, cum ar fi, starea traficului în diferite părți ale orașului și vremea, ceea ce poate ajuta la estimarea a cât de rapid este posibil să se umple fiecare pubelă în funcție de datele anterioare. Cu toate acestea, fără datele referitoare la starea reală a pubelei, datele meteo și cele de trafic sunt utile doar din perspectiva traseului camioanelor, pentru a estima care camion va avea nevoie de cel mai mult timp pentru a finaliza rutele impuse.
Înarmat cu datele în timp real referitoare la starea pubelelor, software-ul poate ajusta rutele diferitelor camioane în mod dinamic, sărind pubelele care nu au nevoie de atenție urgentă. Acest lucru poate reduce nu numai distanța parcursă de un camion, ci contribuie la asigurarea că procesul de colectare a deșeurilor este cât mai puțin încetinit de trafic. Drept urmare, adăugarea pur și simplu a unui nou tip de senzor îmbunătățește mult capacitatea de reacție a serviciului de colectare a deșeurilor. Adăugarea de senzori de urmărire a poziției în camioane, face posibilă redirecționarea camioanelor în timp real.
În mediul de fabricație, tehnologia senzorială IoT poate îmbunătăți considerabil capacitatea de reacție și flexibilitatea, precum și creșterea timpului general de menținere a producției, prin utilizarea și combinarea diferitelor tipuri de senzori. Într-un mediu de fabricație, senzorii pot monitoriza starea unui motor, prin analiza vibrațiilor și a temperaturii, precum și procesul de alimentare cu materii prime. Senzorii pot ghida, de asemenea, materialele la nivelul magazinului în timp ce produsele sunt asamblate. Pe fiecare palet, o etichetă RFID identifică produsul, astfel încât, fiecare dispozitiv de lucru către care este direcționat, să înțeleagă ce trebuie făcut în continuare, atunci când codul paletului este citit de interfața sa RFID.
Datorită suportului pentru tehnologiile LPWAN, un singur dispozitiv de interconectare este capabil să acopere o suprafață foarte mare, permițând suportul IIoT pentru utilizatori în aplicațiile de rețea energetică și furnizarea de utilități, precum și în agricultură.
Importanța sistemelor bazate pe cloud
Problema principală pentru organizațiile care doresc să-și îmbunătățească operațiunile prin intermediul tehnologiilor IIoT, este determinarea tipurilor optime de senzori și modul în care vor comunica datele citite către motoarele de analiză. Pentru a maximiza receptivitatea în timp real, nu toate analizele vor fi făcute local. Dispozitivele locale de tip Gateway vor prelucra adesea datele brute și instrucțiunile de transmis către elementele de acționare din apropiere și către alte echipamente pentru a menține sistemul funcțional fără probleme. În paralel, acestea vor filtra și organiza datele, astfel încât acestea să poată fi preluate mai ușor de către motoarele de analiză din cloud, la distanță. Cloud-ul ușurează, pentru organizații, accesul la calcule performante la cerere, pentru a furniza informații în timp real și a maximiza valoarea datelor primite.
Un exemplu de sistem bazat pe cloud pentru manipularea datelor IIoT este EcoStruxure de la Schneider Electric. Soluția constă în aplicații, nivele de analiză și servicii, care au fost proiectate pentru diferite industrii, inclusiv managementul clădirilor, operațiuni cu centre de date, control industrial și rețele de alimentare cu energie electrică. Întrucât interoperabilitatea este esențială pentru susținerea diverselor structuri hardware și sisteme utilizate în fiecare din aceste patru industrii, EcoStruxure permite o gamă largă de aplicații, analize și servicii de tip agnostic pentru integrarea fără probleme în cadrul întreprinderilor.
EcoStruxure include suport nu doar pentru procesarea în cloud, ci și în nivelul de control al dispozitivelor de la marginea rețelei, oferind capacitatea critică de a gestiona operațiunile la nivel local și de a suporta capabilități avansate de automatizare și operare. Serverele locale vor acționa ca dispozitive de comunicare wireless pentru senzorii apropiați. Cu toate acestea, cu suport pentru tehnologii de rețea largă cu putere redusă (LPWAN), precum Sigfox și LoRa, un singur dispozitiv de interconectare poate acoperi o suprafață foarte mare, permițând suportul IIoT pentru utilizatorii din rețelele de energie și aplicațiile de furnizare a utilităților, precum și cele din agricultură. Sistemele de monitorizare de securitate de pe porțile de blocare a canalelor de irigat de pe teren pot fi la fel de accesibile precum sistemele de monitorizare de stare ale unei uși dintr-o fabrică sau ale unei substații și se pot extinde pe zeci de kilometri, datorită gamei de comunicații RF a Sigfox și LoRa.
În interiorul unui campus sau al unei clădiri, platforma Schneider Server oferă suport pentru senzorii care utilizează Zigbee sau tehnologii similare de rețea locală fără fir (WLAN). Pentru a oferi flexibilitate maximă, senzorii XIOT de la Telemecanique pot fi configurați cu module de emisie-recepție potrivite pentru a suporta oricare dintre aceste protocoale WLAN sau LPWAN. Utilizarea protocoalelor de rețea cu putere redusă face posibilă pentru unitățile de senzori cu baterie efectuarea de măsurători și transmisia de date captate. Se pot îndeplini aceste sarcini pe perioade de cinci până la zece ani, fără a fi nevoie de surse de energie externă la fața locului. Fiecare senzor conține propria logică de procesare, astfel încât nu transmite mai multe date decât este necesar, pentru a menține serverele actualizate. Condițiile de prag și alte tipuri de alarmă, cum ar fi prezența sau absența unui parametru cheie, pot fi programate în senzor. În rețea, pot fi utilizați numeroși tipuri de senzori wireless. Printre aceștia pot fi menționați: întrerupătoare de siguranță pentru monitorizarea echipamentelor potențial periculoase, module de interfață RFID, senzori ultrasonici, senzori de presiune și senzori de poziție.
Multe industrii pot profita de combinația de senzori XIOT și Ecostruxure. Într-o aplicație, senzorii au fost instalați în conductele de drenaj a unei utilități pentru a monitoriza dacă robinetele utilizate pentru a ajuta transportul apei de ploaie prin rețea funcționează așa cum era de așteptat. Nu a fost disponibilă nicio conexiune electrică, deși o soluție cu panouri fotovoltaice ar fi putut fi utilizată în unele locuri pentru a alimenta elementele senzoriale. Pe lângă faptul că a furnizat analize utilizatorilor, sistemul instalat, bazat pe 1000 de senzori, a fost capabil să economisească peste 100,000 de Euro pe an prin evitarea inundațiilor și reducerea numărului de verificări manuale pentru robinete.
În agricultură, senzorii de limitare montați pe sistemele mobile de irigație sunt acum utilizați pentru a detecta obstacolele în calea fiecărui utilaj și pentru a ști când se termină fiecare ciclu de irigare. Senzorii de presiune verifică dacă există conducte rupte sau fisurate, iar datele sunt transmise prin LPWAN, astfel încât un singur sistem cloud poate monitoriza funcționarea irigatoarelor care operează pe o suprafață uriașă, fără a necesita vizite regulate și costisitoare ale operatorilor umani.
Aceeași abordare se aplică la fel de bine și în cazul exploatărilor de resurse, cu senzori de limitare și alți senzori utilizați pentru a monitoriza vastele sisteme de transport a minereului, în cazul unei exploatări la suprafață. Elementele cheie ale amplasamentului minier pot fi securizate cu senzori de poziție a ușii și senzori RFID. Dacă cineva intră într-o zonă fără autentificarea RFID corectă sau la un moment nepotrivit, software-ul de analiză poate detecta anomalia și poate declanșa o alarmă. Acest lucru duce la o perspectivă mult mai bună asupra activității pe situri miniere care, anterior, au fost extrem de dificil de monitorizat. Combinarea informațiilor sosite de la acești senzori oferă utilizatorilor industriali o viziune mult mai cuprinzătoare și actualizată a funcționării sistemelor, valorificând puterea IIoT.
Autor:
Cliff Ortmeyer, Director de Marketing Tehnic la nivel global, Farnell
https://ro.farnell.com