Instalacja urządzeń sieciowych na krawędzi, granicach sieci transmisji i w komunikacji danych w systemie sieciowym zakładu przemysłowego daje wielkie możliwości. Urządzenia te są łatwe zarówno w instalacji, jak i w użytkowaniu oraz opłacalne przy zakupie. Przyczyniają się zaś wydatnie do optymalizacji procedur zbierania danych oraz zachowania ich wiarygodności. W artykule podano najważniejsze wskazówki dotyczące wdrożenia technologii przetwarzania danych na krawędzi sieci.
Przeznaczeniem technologii przetwarzania danych na krawędzi sieci (edge computing) jest przede wszystkim zwiększenie możliwości wykorzystania Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT – Industrial Internet of Things). Technologia ta daje użytkownikom wiele potencjalnych korzyści. Efektywne przetwarzanie danych na krawędzi sieci przyspiesza przepływ danych oraz zwiększa ilość informacji na temat tego, co w danej chwili dzieje się w sieci. Ponadto zwiększa wiarygodność danych – dzięki nim dane pochodzące bezpośrednio z urządzeń stają się jedynym wiarygodnym źródłem informacji o ich pracy i parametrach roboczych. Dodatkowo występuje mniejsze opóźnienie przesyłu danych, a wykorzystanie lokalnych interfejsów operatorskich (HMI) daje lokalny dostęp do informacji o sprzęcie i pozwala na zachowanie nad nim kontroli nawet w sytuacji, gdy połączenie sieciowe zostaje zerwane, co pomaga uniknąć niespodziewanej utraty danych. Urządzenia brzegowe sieci (edge devices) mają większe możliwości, są łatwiejsze w obsłudze i tańsze, co sprawia, że firmy mogą sobie na nie pozwolić i zlokalizować nawet komputery o dużej mocy obliczeniowej właśnie na krawędzi swoich sieci.
Rozpoczęcie wdrażania technologii przetwarzania danych na krawędzi sieci
Obecność na rynku wielu urządzeń brzegowych daje firmom przemysłowym wiele możliwości wyboru. Dlatego też, podejmując wstępne decyzje o wdrożeniu rozwiązań brzegowych, należy przeanalizować w pierwszym rzędzie cały swój system i sposób, w jaki urządzenia brzegowe mogą się wpasować w większą architekturę sieci, a także znaleźć takie urządzenia, które będą najlepiej pracować w systemie i realizować ogólne cele firmy.
Należy przeanalizować liczne kwestie natury technicznej oraz użytkowej takich urządzeń i rozwiązań. W jaki sposób mogą one być konserwowane i modernizowane? Czy dane mogą być przenoszone do jakiejś centralnej lokalizacji? Czy urządzenia te mogą być wykorzystane do realizacji innych funkcji na krawędzi sieci?
Architektura sieci powinna funkcjonować według zasady „podłącz i używaj” (plug-and-play), a poszczególne komponenty powinny być zamienne, bez wpływu na cały system. Starsza architektura, wymagająca wykonywania konfiguracji w wielu miejscach, utrudnia dokonywanie zmian w przyszłości.
Wiele urządzeń brzegowych działa dobrze, wykorzystując MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), który jest prostym, doskonałym protokołem transmisji danych dla technologii IIoT. MQTT został zaprojektowany około 20 lat temu dla przemysłu. Ostatnio stał się popularniejszy z powodu swoich niewielkich wymagań dotyczących przepustowości sieci oraz modelu publikacja/subskrybcja (publish/subscribe, pub/sub).
W protokole MQTT realizowane jest raportowanie w postaci wyjątków (report by exception), a przesył danych ma miejsce tylko wtedy, gdy występuje zmiana parametru, wartości. Ponadto udostępniane są dane dla aplikacji, takich jak informatyczny system sterowania procesami technologicznymi/produkcji (SCADA), system planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP), technologii informatycznej (IT), systemów wsparcia decyzji i zarządzania biznesowego i innych. MQTT oferuje zatem wysoką dostępność i skalowalność usług.
Wyniki otrzymane dzięki wdrożeniu technologii przetwarzania danych na krawędzi sieci
Przetwarzanie danych na krawędzi sieci obecnie rozszerza się wraz z rosnącą popularnością technologii i rozwiązań Przemysłowego Internetu Rzeczy, ponieważ niesie ze sobą wiele korzyści. Na przykład w aplikacjach obsługujących urządzenia na rurociągach naftowych i gazowych wykorzystywano tradycyjne odpytywanie (polling), które zwykle wymaga 30–45 minut dla otrzymania odpowiedzi ze wszystkich odległych lokalizacji. Jeśli np. operatorzy naciskali przycisk, aby otworzyć jakiś zawór, to musieli czekać 15 minut na potwierdzenie, że zawór ten faktycznie się otworzył. Po zainstalowaniu urządzeń brzegowych i protokołu MQTT wspomniany proces trwa mniej niż 15 sekund.
Urządzenia brzegowe wprowadzono w celu dostarczania istniejących, rzeczywistych danych do architektury systemowej oraz usuwania mechanizmu odpytywania z sieci, co pozwoliło na uzyskanie lepszego i szybszego rozwiązania.
Travis Cox jest współdyrektorem działu inżynierii sprzedaży w firmie Inductive Automation.