Przemysł 4.0 – przetwarzanie brzegowe kluczem do nowoczesności

334

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. Nieodzownym elementem prężnie rozwijającej się koncepcji Przemysłu 4.0 staje się bowiem przetwarzanie brzegowe (ang. „edge computing”) stosowane w połączeniu z przetwarzaniem w chmurze – innymi słowy, przetwarzanie danych lokalnie, a następnie przesyłanie ich do chmury.

Wraz z większym wykorzystaniem Przemysłowego Internetu Rzeczy, a tym samym wzrostem liczby inteligentnych urządzeń, rośnie zapotrzebowanie na to, aby gromadzone przez nie dane były przetwarzane 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 już dość powszechnie stosowane, to np. czujniki do sterowania oświetleniem, ogrzewaniem i innymi elementami. We wspomnianych zastosowaniach 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. Z tych powodów uznaje się, że najlepsze jest działanie na poziomie lokalnym, a także, że wykorzystanie przetwarzania brzegowego może mieć bardzo korzystny wpływ na wdrożenie systemów działających w warunkach Przemysłu 4.0, które w innym przypadku mogłoby być bardzo kosztowne.

Mniejsze ryzyko i większa efektywność

Krótko mówiąc, 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 – a tym samym czynnikiem 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 na przykład 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 niezbędnymi krokami na drodze ku Przemysłowi 4.0.

Jednym z dostępnych rozwiązań brzegowych są brzegowe sterowniki przemysłowe firmy Brainboxes. Umożliwiają one transmisję dwukierunkową, dzięki której komponenty komunikują się z działem inżynierów interpretujących 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 innymi ułatwia integrację z istniejącymi już ustawieniami. IX-100 posiada również zabezpieczenie przeciwprzepięciowe i wyróżnia się niewielkim rozmiarem: 120mm x 76mm x 18mm. Karta ta, działająca w systemie plug and play, wyposażona jest w standardowy dla branży 9-pinowy port szeregowy COM RS-232 w pojedynczym gnieździe PCIe.

Solidność i łatwość podłączenia

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

Grafika 1: Konwerter ADAM-4520-EE firmy Advantech można łatwo podłączyć do różnych urządzeń

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 (Grafika 2) z portem Ethernet, 32 GB pamięci flash oraz klasą szczelności IP67, zapewniającą ochronę przed brudem i wilgocią. Jednostka ta ma wymiary 132mm x 86mm x 35mm, posiada 1 GB pamięci RAM i wykorzystuje zasilanie przez sieć Ethernet bądź elektryczne 12V DC/24V DC. Modułowa konstrukcja sprzętowa i programowa pozwala użytkownikom, inżynierom rozwoju i integratorom systemów na sprawne i wydajne stworzenie zintegrowanych projektów przemysłowych.

Grafika 2:Komputer przemysłowy HARTING 2095000000300 posiada port Ethernet i pamięć flash o pojemności 32GB, dzięki czemu świetnie nadaje się do użytku w nieprzyjaznych warunkach

Zgodnie z ideą Przemysłu 4.0 wszystkie urządzenia w danym środowisku powinny być połączone w ramach tej samej sieci, dlatego możliwość zasilania ich z jednego źródła jest kluczową sprawą. 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 (Grafika 3) z metalową obudową, 5 portami dostępu i wbudowanym wzmacniaczem napięcia. Urządzenie to zostało wyprodukowane przez amerykańską formę ANTAIRA Technologies, zajmującą się tworzeniem rozwiązań komunikacyjnych dla przemysłu. Właśnie dlatego 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/kopalniany, systemy monitorowania ruchu, zarządzanie infrastrukturą energetyczną, wodociągową i oczyszczalniami czy zautomatyzowane linie produkcyjne w „inteligentnych” fabrykach.

Grafika 3: Switch PoE ANTAIRA LNP-0500G-24 ma metalową obudowę i 5 portów dostępu

Podsumowanie

Przy wprowadzaniu Przemysłowego Internetu Rzeczy w zautomatyzowane środowisko, w którym dane są udostępniane lokalnie, poleganie jedynie na technologii chmury może okazać się niewystarczające. Optymalnym rozwiązaniem dla przedsiębiorstw chcących cieszyć się jak największą wydajnością 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 czy z jak wymagającym środowiskiem pracy mamy do czynienia.

Więcej informacji: www.tme.eu
email:  tme@tme.pl
Tel. 42 645 54 54

Transfer Multisort Elektronik Sp. z o. o.
ul. Ustronna 41
93-350 Łódź, Polska