W zakładach przemysłowych technologia informatyczna może zostać zintegrowana z technologią operacyjną, jednak każda z nich ma inne potrzeby. Widoczność realizowanych operacji oraz stanu technicznego sprzętu w zakładach, wzajemne połączenia wielu zakładów, skalowalność, mobilność dzięki technologii bezprzewodowej, zdalne zbieranie danych oraz analiza danych to 7 korzyści z przepływu danych w sieciach IT/OT, które opisano w tym artykule.
Technologie IoT/IIoT oraz konwergencja technologii IT/OT nadal przyciągają uwagę z powodu potencjalnych korzyści dla zakładów przemysłowych. IoT (Internet Rzeczy) oraz IT (technologia informatyczna) są związane z sieciami zorientowanymi na dane, natomiast IIoT (Przemysłowy Internet Rzeczy) i OT (technologia operacyjna) są związane z sieciami przemysłowymi, takimi jak systemy SCADA (supervisory control and data acquisition), wykorzystywane do monitorowania i sterowania urządzeniami przemysłowymi.
Sieci informatyczne technologii IT oraz OT były kiedyś zupełnie inne, miały swoje własne architektury, protokoły, standardy, okablowanie i możliwości połączeń. Wiele z sieci OT było uzależnionych od dostawców sprzętu oraz ich firmowego oprogramowania. Wraz z rozprzestrzenianiem się aplikacji przemysłowego Ethernetu, takich jak Modbus TCP/IP, EtherCAT, EtherNet/IP i Profinet, oraz działających w oparciu o sieć inteligentnych czujników IIoT, które potrafią zbierać i przesyłać najważniejsze informacje na temat produkcji w celu ich analizy w czasie rzeczywistym, która może się odbywać w dowolnym miejscu, światy IT i OT zaczynają się zlewać w jeden.
7 korzyści z przepływu danych w sieciach IT/OT
Podczas gdy sieci OT nadal będą pełnić takie funkcje, jak monitorowanie i sterowanie maszyn oraz urządzeń obiektowych w przemyśle na poziomie We/Wy, jak przekaźniki, elektroniczne mierniki przepływu, zdalne terminale telemetryczne (RTU) oraz programowalne sterowniki logiczne (PLC), to wdrożenie Ethernetu oraz inteligentnych czujników uwalnia te systemy od zależności od producentów płatnego oprogramowania poprzez przejście na otwarte standardy i protokoły. Ta zmiana umożliwia bardziej swobodny przepływ danych na całej drodze – od czujników obiektowych do fabrycznego systemu sterowania i dalej do sieci informatycznej, a na koniec do sieci dostawcy usług internetowych (ISP) i chmury obliczeniowej. Ta wymiana danych jest fundamentem konwergencji IT/OT, która umożliwia:
- Dostęp w czasie rzeczywistym do informacji dotyczących zakładów przemysłowych (realizowanych operacji, stanu technicznego maszyn i urządzeń) z dowolnej lokalizacji.
- Wzajemne połączenie w sieci wielu zakładów przemysłowych jednej firmy.
- Skalowalność w celu dotarcia do większej ilości środowisk.
- Komunikację bezprzewodową umożliwiającą mobilność na hali fabrycznej.
- Zbieranie danych ze zdalnych lokalizacji przy wykorzystaniu technologii sieci komórkowych 4G/5G.
- Analizę danych za pomocą większej liczby urządzeń oraz aplikacji systemowych back-end.
- Standaryzację i bardzo szybkie wdrożenia nowych produktów, co pozwala na ich szybsze wprowadzenie na rynek.
Te możliwości torują drogę dla lepszego planowania i podejmowania decyzji, uzyskiwania większej wydajności produkcji, skracania przestojów na produkcji, redukowania ilości prac związanych z utrzymaniem ruchu oraz lepszej produktywności. Wszystko to obniża koszty i zwiększa zyski firm przemysłowych. Aby wdrożyć konwergencję IT/OT, działy informatyczne oraz operacyjne w firmie produkcyjnej muszą ze sobą współpracować, aby zagwarantować, że obydwie sieci zostaną zaprojektowane i wdrożone w taki sposób, by uczyniły dane dostępnymi, bezpiecznymi i mającymi dużą wartość. Kluczowym czynnikiem jest tu zrozumienie, że ponieważ dane są obecnie w popularnym formacie, który może przemierzać sieci IT i OT oraz Internet, to okablowania oraz połączenia w tych sieciach, a także środowiska, w których one rezydują, i kwestie testowania nie są jednym i tym samym.
Różne kable i złącza sieciowe dla przemysłu
Okablowanie sieci OT w zakładzie przemysłowym jest narażone na trudne warunki otoczenia. Kable i złącza zainstalowane na hali produkcyjnej lub w zakładzie przemysłu przetwórczego i wykorzystywane do połączenia przemysłowych urządzeń obiektowych oraz sprzętu, muszą mieć wystarczająco solidną konstrukcję, aby wytrzymywały wibracje i ekstremalne temperatury, były odporne na działanie płynów, agresywnych chemikaliów i pyłu oraz na zaburzenia elektromagnetyczne. Normy przemysłowe ANSI/TIA-1005 oraz ISO/IEC 11801 wykorzystują do klasyfikowania komponentów tzw. specyfikacje MICE (rys. 1): mechaniczne i dotyczące odporności na wnikanie czynników zewnętrznych, warunki otoczenia/substancje chemiczne oraz zaburzenia elektromagnetyczne. Klasyfikacja ta jest dokonywana na podstawie takich czynników, jak: wibracje, siła i udar (odporność mechaniczna), pyły i ciecze (ochrona przed wnikaniem; stopień ochrony), temperatura, promieniowanie cieplne i zanieczyszczenia (odporność na warunki otoczenia i substancje chemiczne) oraz zaburzenia elektromagnetyczne. Parametry te wyznaczają różne stopnie warunków środowiskowych oraz związane z nimi poziomy MICE.
Środowiska MICE 2 i MICE 3, które obejmują sieć OT, wymagają innych złączy ethernetowych, niż stosowane w sieciach IT w środowisku MICE 1. W odróżnieniu od popularnych standardowych złączy RJ45, wykorzystywanych do łączenia komputerów i urządzeń informatycznych w biurach, złącza przemysłowe RJ45 często mają takie cechy, jak: obudowa z tworzywa termoplastycznego odpornego na chemikalia oraz uszczelnienia zapewniające wysoki stopień ochrony IP67. W sieciach OT są też wykorzystywane złącza M12 z blokadą, służące do połączeń We/Wy sprzętu przemysłowego. Są one znacznie trwalsze i bardziej odporne na ciągłe wibracje po zablokowaniu.
Korzyści z przemysłowych kabli ethernetowych
Przemysłowe kable ethernetowe (kable Ethernet), jeśli chodzi o transmisję danych, nie różnią się niczym od standardowych kabli ethernetowych. Jednak w sieciach OT bardziej popularne są kable miedziane z ekranem, co wynika z ich odporności na zaburzenia elektromagnetyczne, których źródłem są między innymi cewki elektromagnesów przekaźników czy napędy silnikowe AC.
Kable przeznaczone dla Ethernetu przemysłowego mogą także mieć inne zakresy temperatur pracy oraz materiały powłoki, zależnie od środowiska, w jakim pracują. Do produkcji powłok tych kabli wykorzystywane są kopolimery fluorowe etylen/propylen (FEP), elastomery termoplastyczne (TPU) oraz poliuretan (PUR). Zapewniają one znacznie szerszy zakres temperatur pracy, większą elastyczność oraz większą odporność na chemikalia i ścieranie niż polichlorek winylu (PVC), stosowany w kablach standardowych. Aplikacje, w których kable są narażone na częste zginanie, wyginanie i skręcanie (roboty oraz inne aplikacje z ruchem powtarzalnym), mogą wymagać kabli o wysokiej elastyczności (high-flex), których żyły składają się z większej liczby cieńszych drutów miedzianych.
Kierownicy działów IT i OT w zakładach przemysłowych muszą ze sobą współpracować w kwestii testowania okablowania sieciowego. Obejmuje to prawidłowe szkolenie i wyposażenie techników w wysokiej jakości testery okablowania, które mogą być podłączane zarówno do gniazd RJ45, jak i M12 oraz wykonywać testy ciągłości żył, długości kabli, przesłuchów (crosstalk) i ciągłości ekranu.
Mark Mullins, menedżer produktu w firmie Fluke Networks.