М2М комуникации

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2013

Aвтоматичният обмен на информация между машини и устройства, познат като M2M (machine-to-machine) комуникация, е тясно свързан с концепциите Интернет на нещата (IoT), киберфизични системи (CPS) и Industry 4.0 или т. нар. четвърта индустриална революция. Всички те очертават сценарии, в които нещата около нас - от машини в производството до предмети от бита, автоматично обменят и анализират данни и създават добавена стойност за потребителите.

Благодарение на M2M комуникациите вече е възможно свързването на почти всякакъв вид отдалечени машини и устройства към централни информационни системи, което позволява събирането на полева информация за анализ в реално време. Тя може да се използва за подобряване на ефективността, намаляване на разходите, въвеждане на нови услуги и спечелване на конкурентно предимство.

Потенциалът на M2M комуникациите е почти неограничен: приложенията включват проследяване на превозни средства и активи; отдалечено управление на машини, идентифициране на критични ситуации в индустрията, интелигентно отчитане на енергийни ресурси, промишлена и сградна автоматизация; подобрена сигурност и много други.

Според мнението на експертите в рамките на следващото десетилетие M2M ще осигури напълно нови възможности за бизнес услуги, свързани с мрежовото обединение на устройства, оборудване и машини. Това ще доведе до бърз растеж на софтуерните компании, които предоставят информационни инструменти за управление на големи, текущи потоци от данни, генерирани от устройства, и за извличане на бизнес информация от тях, предназначена както за доставчика, така и за крайния потребител.

От своя страна, производителите на оборудването ще могат да предложат подобрено обслужване на клиентите, както и да усвоят нови модели за приходи. Възможността да се събира подробна и специфична информация от собственото оборудване, докато е в експлоатация при клиента, осигурява цяла нова гама от услуги и възможности за генериране на доходи.

С ефективна M2M комуникация оборудването може да предостави информация относно оперативно представяне, прогнозни диагностики, анализи на времето за престой и друга информация, свързана с мониторинга и контрола. Революцията на M2M ще преобрази начина, по който се използва оборудването, и производителите ще могат да осигурят на крайните потребители все по-сложни взаимодействия с техните традиционни активи, от които ще се възползват и двете страни.

Принцип на работа
M2M решенията включват интелигентни сензори и микропроцесори, вградени в отдалечения актив и модул за комуникация, който приема и предава данни към централни системи за управление, където те могат да бъдат анализирани и обработени. Често крайната точка, свързана към M2M, изпраща и приема данни през безжични мрежи с помощта на GSM, GPRS, EDGE, 3G, LTE или Wi-Fi и WiMAX.

За други приложения е подходяща връзка с фиксирана линия, използваща медни, оптични кабели или Ethernet. При внедряването на М2М концепцията всеки отделен случай е уникален, но съществуват четири основни етапа, които са общи почти за всяко M2M приложение. Те са: събиране на данни; предаване на избрани данни през комуникационна мрежа; анализ на данните; действие на база наличната информация.

Събиране на данни
Мониторираният обект може да бъде просто устроен като например температурен сензор, нивомер или клапан, или може да бъде сложна промишлена компютърна система с Modbus комуникационен порт. Целта на M2M хардуера е да свърже аналитичната информация в обекта с комуникационната мрежа. Обикновено интелигентният безжичен модул за пренос на данни е вграден в мониторираната машина и програмиран да разбира нейния протокол (начина, по който изпраща и получава данни).

Ако мониторираната машина е конфигурирана като интелигентно главно устройство, тя може да третира M2M устройството като обикновен безжичен модем, като го зарежда с данни и след това му дава указания да предава тези данни към мрежата. Ако машината е просто набор от превключватели и сензори или е интелигентно подчинено устройство, M2M може да действа като главно устройство. В този режим то поема контрола чрез периодично четене на сензорите и превключвателите или чрез изпращане на заявки за данни през серийния порт.

При високотехнологични приложения като главна електрическа подстанция може да се наложи изпращането на постоянен поток от данни в реално време, които описват състоянието на съоръженията или текущи параметри. В много случаи обаче това не е необходимо или не си струва инвестицията.

В тези случаи M2M устройството трябва да намали количеството информация, което изпраща, чрез постоянен преглед на данните, сравнявайки ги с програмираните алармени граници или зададени параметри, след което да изпраща само информация в реално време, когато показанията са извън норма. В допълнение, приложението може да бъде програмирано да изпраща актуализирани данни на базата на времеви график или по всяко време при заявка от уеб сървъра.

Предаване на данни чрез комуникационна мрежа
Съществуват няколко опции за пренос на данни от отдалеченото оборудване към мрежовия работен център - клетъчната мрежа, телефонните линии и комуникационните сателити. Телефонните линии могат да бъдат добър избор, ако вече има инсталирана линия и разходите са приемливи. Сателитът е най-скъпото решение, но често е най-доброто или единственото възможно за мониторинг на оборудване в много отдалечени райони.

Но от трите изброени решения, клетъчната мрежа и постоянно разширяващият й се обхват са основната причина напоследък да се обръща толкова много внимание на M2M. Тя предлага няколко начина за изпращане на данни. Сред най-широко разпространените са CDMA и GPRS, които притежават способността да изпращат големи обеми от данни през малък интервал от време. Техните зони на покритие продължават да растат, а разходите за услугата постоянно падат.

Свързването към клетъчната или сателитната мрежа обикновено изисква използването на шлюз. Шлюзът получава данните от безжичната комуникационна мрежа и ги преобразува, така че да могат да се изпращат към мрежовия работен център, често през интернет или чрез телефонна линия. Функциите за сигурност на данните като разпознаване и контрол на достъпа могат да се управляват чрез шлюза и софтуера на приложението.

Шлюзът също така има важна роля при реверсирането на потока от данни, преминавайки от мрежата към машината за заявка на данни и отдалечен достъп. Шлюзът продължава да функционира като конвертор на протоколи, но този път той приема протоколи с широколентов интернет и ги преобразува в нискочестотни безжични протоколи, така че данните са оптимизирани за предаване през клетъчна мрежа.

Шлюзът, софтуерът на приложението и базата за съхранение на данни могат да се управляват вътрешно от компанията или да се хостват от трета страна в мрежови работен център. В много случаи хостваният модел може да бъде по-привлекателен поради високата цена за настройка на инфраструктурата и управление на мрежата. Тъй като първоначалните разходи са често по-ниски с хоствания модел, изплащането може да бъде по-бързо и решението да се внедри за по-кратко време.

Анализ и оценка на данните
Данните от наблюдаваните машини обикновено се визуализират и анализират в софтуерно приложение, което компанията вече използва, или в самостоятелна система, създадена специално за M2M. Някои фирми са склонни да използват самостоятелни системи за отдалечен мониторинг, защото повечето доставчици на M2M приложения са специализирани в предоставянето на такива и може да има допълнителни разходи, свързани с интегрирането на нов софтуер в съществуващите системи.

Но като цяло интеграцията им с други платформи може да донесе допълнителни ползи за обслужването. Така например данните от отдалечения мониторинг могат да бъдат включени в системи за управление на връзките с клиентите и да доведат до подобряване на сервизното им обслужване.

Независимо дали приложението е самостоятелно или част от по-голяма система, общата цел е автоматизирането на бизнес процесите чрез автоматизиране на потока от данни към хората и системите. Технологията трябва да позволи изпращането на точните данни към точното място по правилния начин в зависимост от обстоятелствата. Тя също така трябва да може да предоставя данни на отделни потребители на базата на тяхната специфична функция в бизнес процеса. Например дадена система може да изпраща по имейл заявка за рутинна поддръжка до едно лице и аварийно повикване за повреда до друго лице от обслужващия персонал.

Приложения на М2М комуникациите
Благодарение на разширяващото се глобално клетъчно покритие, потенциалът на M2M вече е почти неограничен. Технологията може да намери приложение във всяко едно устройство, във всеки бизнес сектор, навсякъде по света. Драйверите за M2M варират в зависимост от конкретния бизнес и неговите нужди.

Производство
Промишленият сектор покрива много различни подсегменти, но всички те се нуждаят от контрол върху производственото оборудване и минимум време за престой. Като цяло M2M технологиите осигуряват възможност за ефективен контрол, споделяне и разпространение на информация между машини, оператори, технологично оборудване, съоръжения и системи за управление на данни.

Процесът може да включва мониторинг на нивото на течност в резервоари, контрол на температурните нива, регистриране на оперативни данни, позициониране на оборудване, актуализиране на настройки на параметри или аларми в случай на неизправност. Доставчикът на оборудването ще има възможност да предотврати времето за престой чрез мониторинг на състоянието на определен актив и предоставянето на директен достъп до неизправната машина, за да може проблемът бързо да бъде установен и разрешен.

Това дава възможност за получаване на по-добър контрол и оптимизиране на производството. M2M решенията могат да се използват за преминаване от регулярното сервизно обслужване към обслужване по заявка. Вместо планирана месечна поддръжка вградените диагностики могат да заявят обслужване само когато е необходимо, като същевременно с това записват пълно одитно проследяване на дефекти, употреба на машината, дейности по поддръжката и всяка външна намеса.

Чрез интегрирането на интелигентна M2M система за мониторинг и контрол производителят придобива директен, постоянен достъп до полеви аналитични данни относно своите продукти. Тази информация може да се използва, за да се гарантира, че производствените неизправности се коригират своевременно и за получаването на ценна статистика относно използването на продукта.

Днес M2M устройствата в производствения сектор и във веригите за доставки в световен мащаб наброяват 71 милиона. Според анализаторите тази цифра ще нарасне до 175 милиона до 2020 г.

Енергетика
Малко индустрии се трансформират толкова бързо, колкото енергийният сектор. Сред причините за това са все по-масовото навлизане на различни алтернативни източници на енергия, на нови технологии, различни наредби, променящи се ценови модели и стремежът към създаването на интелигентни енергийни мрежи. В тези постоянно променящи се условия М2М решенията могат да предложат ефективно и икономически изгодно управление на натоварването и потреблението.

Така например потребителите могат да намалят разходите си за енергия с използването на интелигентни измервателни уреди. Те не само отчитат изразходваната енергия, но също така автоматизират комуникацията между комуналните услуги и потребителите. Оборудвани с малки компютри и клетъчен модул, те анализират употребата, резюмират ценовата информация и насочват натоварванията към периоди на ниска употреба, когато е възможно. Потребителите получават данни в реално време относно това кога и къде използват енергия и на каква цена.

С M2M приложенията доставчиците на енергийни комунални услуги вече могат да контролират активите си от всяка точка и да използват автоматизация за бързо адаптиране към промените в търсенето и предлагането на енергия. М2М комуникацията се внедрява бързо с помощта на клетъчни технологии; предлага интелигентно икономически изгодно отчитане; оптимизирано производство и търговия на енергия; своевременно отчитане на грешки за подобряване на качеството на услугите; откриване на загуби по мрежата и кражби.

Интелигентните енергийни мрежи използват M2M решения, за да реагират незабавно на критични събития като неочаквани пикове или спадове в мрежата при интегрирането на възобновяеми енергийни ресурси. Автоматизираното взаимодействие на споделяне на натоварване и интелигентното измерване генерира огромно количество информация, с която може да се рационализират мрежите, да се намалят разходите и да се създаде по-надеждна доставка на енергия. Това носи редица ползи за потребителите, доставчиците на енергия и операторите на електроразпределителните системи: динамично ценообразуване на базата на търсене и предлагане; мониторинг на търсенето и предлагането в реално време; автоматизирани реакции към промени в търсенето и предлагането и др.

Логистика и транспорт
Управлението на автопарка и засичането и проследяването на превозни средства или други активи с висока стойност са основните области на приложение на M2M през последните години. Мониторингът на цели вериги за доставка вече е често срещано явление и повечето големи предприятия оценяват добавената стойност, която M2M решенията предоставят на техните логистични процеси и обслужването на клиентите. Освен това M2M-съвместимите предложения стават все по-достъпни за малките и средните предприятия.

В рамките на автомобилната индустрия интегрираните услуги могат да предоставят набор от различни функции и възможности. За леките автомобили към момента има редица приложения, свързани с M2M комуникации или телематика. Сред тях са системите eCall (в случай на катастрофа системата автоматично изпраща сигнал до най-близкия авариен център); bCall (при повреда в автомобила диагностичната система автоматично извлича и предава данни за техническото състояние на автомобила до сервизен център); проследяване на откраднато превозно средство; инфотейнмънт (поточно излъчване на радио, актуализиране на карти, сърфиране в интернет) и др.

Европейският пазар за управление на автопарковете е в период на растеж, който ще продължи няколко години. Броят на системите за управление на превозни средства в активна употреба се прогнозира да нарасне от 2 милиона броя в края на 2010 г. до 5 милиона през 2015 г.

В допълнение към това, стартиран в Европейския съюз ITS план за действие посочва редица цели за активиране на различни решения в рамките на транспортния сектор, в които М2М играе важна роля. Сред ключовите от тях са предоставяне на оперативно съвместими (в рамките на ЕС и между различни транспортни системи) решения за намаляване на задръстванията, жертвите в трафика и CO2 емисиите чрез използването на интелигентни транспортни системи и др.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top