IoT в индустриалната автоматизация

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2015

Приложения и интеграция на концепцията

Богатите възможности на Internet of Things (IoT) изцяло промениха изчислителната и комуникационната индустрия. Потенциалът на платформата е все по-привлекателен и за индустриалната автоматизация, където масово се интегрират IoT концепции и технологии. Те стават неразделна част от по-широката област от комуникационни решения за свързване на устройства и оборудване, която обхваща machine-to-machine (M2M) интерфейсите, IP протоколите, а в бъдеще – вероятно и мащабната визия за Internet of Everything (Интернет на всичко).

Концепцията Industrial IoT
Концепцията Internet of Things е базирана на идеята за среда, изцяло опосредствана от аналогови и цифрови интелигентни сензори и контролни системи, които комуникират помежду си посредством IP протоколи и оптимизират работата и ефективността на свързаните устройства и оборудване. IP (Internet protocol) е основният и най-използван протокол от групата интернет протоколи. Чрез него се осъществява доставка на пакети данни от изходните към целевите хостове единствено въз основа на IP адреси.

Визията за интегриране на IoT функционалност в индустриалната автоматизация се основава на възможностите за свързване на мащабни сензорни и контролни системи с решения за обработка и анализ на данни, което би могло да позволи значително оптимизиране на процесите и повишаване на тяхната ефективност.

В индустриалната автоматизация отдавна се внедряват потребителски технологии след масовата им комерсиализация. В този смисъл адаптирането на IoT приложенията за подобряване на производителността и по-добра интеграция на индустрията с бизнес системите е логична стъпка.

Приложения на IoT в индустрията
IoT може да се използва в автоматизацията за рационализиране, оптимизиране или създаване на системни архитектури, които са по-достъпни, по-чувствителни на контролни команди и по-ефективни. Целта е постигане на безпроблемно взаимодействие и комуникация между полевите входно/изходни (I/O) модули в производствените предприятия, включително сензори, контролери, анализатори, задвижвания, системи за машинно зрение, видеосистеми и роботи, което да повиши цялостно производителността и гъвкавостта.

Подобна иновация би могла да максимизира интелигентността на индустриалните системи и да позволи свързването на всички индустриални устройства, които поддържат IP протокол, включително полевите I/O модули. Безжични IP устройства – смартфони, таблети и сензори, отдавна се използват за управление на приложения в производството.

Безжичните I/O сензорни системи по стандартите WirelessHART, ISA100 и WIA-PA обхващат IP устройства, съответстващи на последните изисквания по актуалната версия на IP протокола IPv6, които осигуряват по-големи зони на адресиране и подобрена кибер сигурност.

Архитектурите за автоматизация на IP-опосредствано производство позволяват адаптирането на повече функции в множество нови типове мощни индустриални контролери и сензори с вградени процесори, което би елиминирало потребността от тромав, скъп и труден за поддържане софтуер от среден клас. Силна страна на индустриалните IP технологии е и потенциалът за увеличаване на количеството информация и нивото на комуникационните връзки, свързани с производствените процеси, което позволява повече иновации в областта на решенията за индустрията.

Интеграция в производството
Въпреки множеството бизнес предимства на конвергенцията на индустриалните мрежи, част от приложенията в областта на автоматизацията все още използват отделни мрежи за индивидуални операции. Поддръжката на множество мрежи, които работят паралелно, както и осигуряването на необходимия хардуер за свързването им с останалите компоненти на IP-опосредстваната система, може да се окаже твърде скъпо и времеемко.

С нарастването на необходимия брой IP устройства и сложността на мрежата се увеличават значително и разходите. Последиците от експлоатиране на отделни мрежи често налага ненужни разходи и сложност. Две или три мрежи заемат много повече физическо пространство от една обща. В допълнение, управлението и поддръжката на множество мрежи изисква и повече персонал.

Най-същественият недостатък на сложната мрежова инфраструктура е липсата на гъвкавост и възможности за скалиране, необходими за задоволяване на нарастващите потребности на съвременните индустриални приложения. От години компаниите се стремят да интегрират производствените системи в бизнес платформите с цел повишаване на ефективността.

IT системите в предприятията постепенно еволюират от системи за ресурсно планиране (ERP), материално планиране (MRP), планиране на производствени ресурси (MRPII) и системи за оперативно управление на производството (MES) в интегрирани платформи, които обхващат бизнес инструменти, управление на доставките и активите, производствени графици и решения за оптимизация.

Тези системи днес функционират в реално време и в тях все по-масово се внедряват IP-базирани технологии, които позволяват значително подобряване на производствената ефективност и възвръщаемостта на инвестициите.

Целта е синергия между информационните технологии и персонала, чрез която да бъдат постигнати високите производствени цели. Възможностите за интеграция и на IoT в тази среда могат да се окажат катализатор на все по-тясно интегрирани бизнес платформи и системи за автоматизация.

Интелигентна функционалност в индустриалната автоматизация
Internet of Things подпомага компаниите в разработването на нови услуги и приложения, подобряването на производителността и ефективността и разрешаването на критични проблеми. Това важи в особена степен за индустриалната автоматизация, където Internet-опосредстваното оборудване води до постигане на по-високо качество и възможности за по-бързо производство на персонализирани продукти. IoT позволява на машините и системите за автоматизация сигурно да се свързват помежду си, към предприятието и към останалите звена от веригата на доставките.

Днес е налична много повече информация за процесите, машините и продуктите, въз основа на която да бъдат извършвани анализи и вземани ефективни решения. Сега компаниите са много по-гъвкави и чувствителни към изискванията на пазара. В бъдеще предстои качеството на продукцията и нейният обем да продължават да се увеличават, докато оперативните разходи се поддържат в допустими граници. Така постоянно нарастващите изисквания на потребителите могат да бъдат посрещани сигурно и ефективно.

След свързване на производственото оборудване и системите за автоматизация става възможен достъпът до всякакъв тип данни за екологичните показатели на процесите и качеството на продукцията (от системите за машинно зрение), както и стойностите на различни параметри като температура, влажност и др. Всичко това подпомага нарастването на интелигентността в индустриалната автоматизация и подобрява:

• Предиктивната поддръжка: интелигентните устройства и системи позволяват събиране и изпращане на данни към дейта центровете. Интелигентните аналитични инструменти осигуряват разходно ефективна поддръжка на оборудването и елиминират потребността от прекъсване на производствените процеси.
• Отдалеченото управление: компаниите могат сигурно и ефективно да управляват, поддържат и подобряват устройства за автоматизация дистанционно. В случай на грешка или повреда, те могат да бъдат отдалечено диагностицирани и в повечето случаи – проблемът да бъде отстранен.
• Качеството на продуктите: достъпът до повече данни за произвежданите продукти и използването на статистически инструменти за процесен контрол значително повишават качеството на продукцията.

В допълнение, IoT технологиите са подходящи за ретрофит на съществуващи производствени процеси, например при инсталиране на нова машина в съществуваща линия или съоръжение. При внедряването на контролно оборудване за тестове и инспекция на продукцията в края на производствените линии чрез IoT могат да бъдат събирани, систематизирани и съхранени данните от всички измерени и отчетени параметри и на тяхна база да бъде извършван анализ.

Той може да се използва за справка в реално време в случай на неизправност на някой от продуктите в полеви условия. Достъпът до тези данни не изисква ангажимент от страна на IT отдела и не компрометира сигурността на системата и информацията.

Чрез добавяне на интелигентна функционалност в производствените предприятия всички служители могат да се възползват от възможностите на IoT с цел повишаване на ефективността и постигане на по-високо качество на крайния продукт, което напълно да съответства на изискванията и нуждите на потребителите.

Прогнози за развитие
Актуален доклад на агенцията за маркетингови изследвания IHS прогнозира, че бързо развиващата се индустриална автоматизация ще доведе до небивало разрастване на Internet of Things до 2025 г. и IP-адресируемите устройства ще са основният двигател на тази индустриална експанзия. До 2025 г. в сектора на индустриалната автоматизация ще бъдат инсталирани общо три четвърти от всички свързани устройства.

Също толкова впечатляваща е и скоростта, с която се очаква да нарасне инсталираната база. Докладът изчислява, че броят Интернет-свързани устройства в индустриалната автоматизация ще се увеличи повече от петкратно между 2012 и 2015 г. с комбиниран годишен темп на растеж от 36.3%.

„Много от тези устройства на практика ще представляват оборудване, което към момента не разполага с опции за свързаност, но се очаква да придобие такива и да стане IP-адресируемо. Това, в комбинация с възможностите за анализ и обработване на големи обеми данни, ще позволи цялостна оптимизация и синхронизация на производствените процеси с бизнес системите и веригите на доставките.

Ако всички устройства, които използват Internet Protocol, се свържат в една и съща мрежа, производителите ще могат да достигнат нови измерения по отношение качеството на продукцията, ефективността, сигурността и безопасността”, гласи още докладът.

Актуални стандарти в областта
БДС EN 62264 (ANSI/ISA 95).  Интегриране на система за управление на предприятие. Част 1: Модели и терминология; Част 2: Принадлежности на модел на обект; Част 3: Работни модели на управление на производствени операции; Части 4,5 са в процес на разработване.
ISO/IEC 22400 - Ключови показатели за изпълнение (КПИ) за управление на производствени операции.

ISO 22400 задава неутрална рамка за определяне, дефиниране, обмяна и използване на ключови показатели за изпълнение (КПИ) за управление на производствените операции, съгласно стандарт IEC 62264-1 за партидни, непрекъснати и дискретни индустрии.
Business To Manufacturing Markup Language (B2MML). B2MML е XML реализация на фамилията стандарти ANSI/ISA-95 за интеграция на контролни системи в предприятията, международно познати като IEC/ISO 62264.

B2MML се състои от набор XML схеми, написани на езика XSD (въведен от World Wide Web Consortium), които прилагат моделите за данни в стандарта ISA-95. Компаниите, които се интересуват от новостите в изискванията по стандарта ISA-95 по отношение на актуални проекти за интеграция на контролни решения, могат да използват B2MML при интегрирането на ERP системи или системи за управление на веригата на доставките в производствени системи и платформи за оперативно управление на производството.

Стандартът B2MML е изцяло съгласуван с ISA-95. Той е достъпен за използване и прилагане без лиценз, стига да бъде посочено името на индустриалния консорциум MESA, автор на документа. Последната версия на стандарта е B2MML V0600.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top