Облачни концепции за човеко-машинен интерфейс

Kакто почти всички останали приложения в областта на индустриалната автоматизация, и платформите, базирани на човеко-машинен интерфейс (human machine interface, HMI), вече са достъпни в облачна среда, като така осигуряват по-ниски разходи, по-бързо и лесно внедряване и достъп до необходимите данни от всяка точка на света.

HMI/SCADA системите по принцип генерират огромни обеми от данни, които трябва да бъдат достъпни за множество потребители, обикновено ситуирани в различни и отдалечени помежду си локации. Изискването за надежден и високоскоростен двупосочен жичен и безжичен достъп до необходимата информация е сред основните причини облачните платформи да станат бързо популярни и в индустрията, след като от години се прилагат успешно в сферата на търговията и услугите.

Преход към облачна HMI архитектура
Преходът към облак-базирани HMI архитектури значително намалява разходите и подобрява функционалността. Потребителите имат възможност за лесен и бърз достъп до необходимите данни и чрез персонални мобилни устройства като смартфони и компютри, както и за получаване на SMS или имейл известия. Облачната архитектура на практика елиминира необходимостта от сериозни финансови вложения и множеството проблеми, свързани с хардуерния слой на IT инфраструктурата.

Тази нова парадигма предлага динамика и достъпна мащабируемост в допълнение към значителния потенциал за икономия на средства. Така на компаниите не им се налага да харчат за софтуерни лицензи, излишен хардуер, както и за оборудване на обекти за възстановяване след бедствие, които може и никога да не бъдат използвани.

Облачните платформи им позволяват бързо и лесно да добавят нови виртуални ресурси към архитектурата, когато такива са необходими, вместо да проектират предварително физически системи с излишно голям капацитет.

Доскоро съхранението на данни беше изключително голямо перо от бюджетите на фирмите, тъй като информацията трябваше да бъде съхраняване на отделни сървъри, разположени в различни географски локации. Необходимо бе да се наеме и заплаща на IT персонал, който да обслужва тези активи и да осигурява безпроблемен достъп до данните в тях.

Облак-базираните приложения, от друга страна, позволяват лесно архивиране на данни на принципа “плати-когато-използваш”. Той гарантира, че потребителите ще заплатят само за обема пространство за съхранение, от който се нуждаят, а облачният сървър ще осигури необходимите резервни копия и поддръжка.

HMI софтуерът в облачна среда
Много от доставчиците на софтуер за човеко-машинен интерфейс вече включват в програмните конфигурации възможности за използване в облачна среда. Те позволяват съхранение и архивиране на данни, визуализация и анализ в облака.

Някои доставчици на HMI софтуер разработват и т. нар. Software-as-a-Service (софтуер като услуга, SaaS) приложения, които включват телеметрия и отдалечен мониторинг. На пазара са достъпни предложения и от производители на оригинално оборудване (OEM), които предлагат паралелни облачни услуги към произвежданите продукти.

Някои крайни потребители смятат, че облакът е по-подходящ за некритични приложения и дейности като осъществяване на мониторинг и наблюдение, отколкото за упражняване на контрол на критични активи. Все по-масовият преход на HMI архитектурите за индустриални приложения в облачна среда доказва, че това не е така.

Облачните приложения предлагат редица нови бизнес модели и множество възможности за производителите на HMI софтуер. Все още са налице обаче притеснения, свързани със сигурността на данните, съхранявани в облачна среда. Човеко-машинният интерфейс и системите за автоматизация са ключови за много индустриални дейности и производства.

Тяхната ефективност и сигурност е критична за развитието на целия бизнес на индустриалните предприятия. Ето защо много от тях все още предпочитат физическата инфраструктура пред облачните платформи. Дори по-консервативните потребители обаче все по-често са склонни да изпробват облачни решения за отдалечен мониторинг, които не предполагат контролни функции.

Последните иновации в областта на HMI софтуера използват виртуални контролни табла, инструменти със сложна йерархия и разширена мобилност, за да подобрят възможностите за визуализация на производствените операции и да осигурят по-стабилни информационни връзки. Такива решения увеличават издръжливостта и гъвкавостта на HMI приложенията дори в комплексна индустриална среда. Всички тези предимства помагат на компаниите да оптимизират дейността си на базата на реалните изисквания на клиентите и моментните бизнес условия.

Предимства на облак-базираните системи
Основно предимство на облачните платформи е самият облачен модел. Той елиминира нуждата от закупуване на софтуер и хардуер, заплащане на необходимите лицензи, осигуряване на поддръжка. Сред ползите от използване на облачни услуги са и много по-ниските общи разходи за потребителите. Същевременно облачният модел позволява на доставчиците на HMI решения да реализират допълнителни приходи чрез предлагането на облачна версия на даден продукт или услуга.

Предлагането на софтуер като услуга (SaaS) и заплащането само на използван ресурс може да бъде особено привлекателно за компании, които разполагат с множество и географски разпръснати физически активи, за които се нуждаят от софтуерни системи за отдалечен мониторинг и контрол.

Не е необходимо да се заплаща за най-новата версия на вече закупен или лицензиран софтуер. Отпада и нуждата от хардуер, на който да бъде “хоствана” или инсталирана и оперирана софтуерната система – физически сървър, който се нуждае от поддръжка, персонал, който да го обслужва, и др.

Основно предимство на облак-базираните архитектури е, че те не се амортизират с времето, подобно на физическото оборудване. Версиите им не остаряват, отстранен е проблемът с несъвместимост на софтуера и хардуера поради това, че са от различни “поколения” технологии.

При облачните платформи всички интегрирани елементи на производствената система се обслужват от една и съща версия на приложението. Изключително удобство за потребителите на облачни HMI услуги е възможността да установят връзка с контролната система от всяка точка на света през всяко устройство, разполагащо с интернет връзка.

Достъп до данни в облачни HMI приложения
Достъпът до производствени и други индустриални данни, съхранявани и обработвани в облак-базирани архитектури, чрез мобилни устройства като смартфони, таблети и лаптопи, осигурява множество предимства. Налице са обаче някои съображения относно сигурността на данните в облачна среда.

Въпреки че облачните услуги от години се използват в други сфери и са доказали рентабилността си за редица приложения, особено в търговията много индустриални потребители не се решават на преход към облачна HMI архитектура поради липса на достатъчно информация относно начина й на работа.

Мобилните и облачни технологии могат да осигурят достатъчно сигурен и надежден незабавен достъп от всяка точка до производствените данни и да бъдат използвани дори от потребители с ограничен или никакъв опит в областта. За облачната технология може да се мисли като за множество допълнителни и физически отделени помежду си сървъри за съхранение на данни, някои от които са безплатни, а други се предлагат срещу заплащане като услуга. Тези облачни активи могат да бъдат извън инфраструктурата на предприятието, както е при публичните и хибридните облачни платформи, или локални – при частните облачни системи.

Достъпът до данни в HMI софтуера чрез мобилни устройства през облачната архитектура обикновено е по-добро решение от използването на вътрешна IT инфраструктура за разпределение на информацията. Този достъп може да бъде двупосочен, като чрез мобилните устройства или браузъра на персонален компютър, свързан с интернет, не само се визуализират данни и графики за производствените процеси, но и се инициират контролни действия. Обикновено те са насочени към машината или оборудването, които HMI софтуерът управлява и/или наблюдава.

Риск от загуба на достъп до контролните функции
Едно от най-сериозните опасения за индустриалните потребители, ще се отнася до прехода към облачна HMI архитектура, е рискът от загуба на контрол върху машините и оборудването, особено върху критичните активи. Ако сървър или друг тип IT хардуер, притежаван или поддържан от дадена фирма, се повреди, обикновено могат да бъдат предприети навременни локални мерки от отговорните служители.

В случай на мониторинг чрез облачна платформа контролът и информацията за настъпилия проблем са сравнително по-ограничени поради физическата отдалеченост от обекта. Съществуват обаче стратегии за повишаване на устойчивостта и надеждността на облачните платформи, както и достъпността и сигурността на данните, съхранявани в тях.

Възможно е поддържането в готовност на резервна облачна архитектура, в случай че основната излезе от строя. Към резервната платформа могат да бъдат насочени всички данни от производството, като скоростта на трансфер зависи от това колко са критични наблюдаваните и управлявани системи за ефективността, непрекъснатата работа и производителността на предприятието.

С цел най-бързо осъществяване на такъв трансфер някои компании изпращат данните едновременно към две независими резервни облачни системи, като така намаляват времето за пренос наполовина. В такива случаи обаче разходите са значително по-високи поради необходимостта от заплащане на два доставчика на облачни услуги.

По-ефективна алтернатива в разходен план е ангажирането на втори доставчик само ако системата, предлагана от първия, е в неизправност. Времето за възстановяване на мониторинга и контрола при такива обстоятелства ще зависи от това колко бързо HMI софтуерът може да качи необходимите данни на резервния облачен сървър.

Сигурност
Друго сериозно притеснение на компаниите по отношение на облачните услуги и мобилния достъп е сигурността. Важно е да се отбележи, че когато вътрешните сървъри са свързани към външни мрежи като интернет с цел осигуряване на свързаност на мобилни устройства, системата също става уязвима на атаки срещу сигурността, подобно на ситуацията при облачния модел.

В малките фирми обикновено има само един служител, ангажиран с осигуряване, мониторинг и поддържане на киберсигурността на системата. Дори в по-големите компании отделите по IT сигурност наброяват едва няколко човека, които се грижат за сигурния достъп до HMI платформата от мобилни устройства. Доставчиците на облачни услуги, от друга страна, разполагат със стотици души персонал, които работят по въпросите, свързани с киберсигурността на облачната платформа.

Свързване с облачната архитектура
Първата стъпка към изграждане на система за обмен на данни между HMI платформата и мобилни устройства през облачна архитектура е изборът на доставчик на облачни услуги. Следва избор на HMI софтуер, който разполага с поддръжка на облачна свързаност и изпращане на данни към мобилни устройства. Свързването с облачната архитектура типично се осигурява през Ethernet чрез стандартен протокол като TCP/IP.

Въпреки че повечето HMI платформи покриват стандартите за свързване с облачни системи, при някои конфигурацията на връзката е бърза и опростена, а при други се изисква сложна настройка. В много случаи HMI приложението се хоства в контролирана локална среда с облачен гейтуей (gateway), например TCP/IP клиентски сървър, който се свързва към облак-базиран архиватор на данни (historian).

Така само вече събраните и архивирани данни се съхраняват в облака, а достъпът до информация в реално време се осъществява локално. Може да бъде добавена функция за мобилен отдалечен достъп до информацията в реално време през облака, като за такива приложения се изискват двупосочна комуникация и възможности за осъществяване на контрол от мобилното устройство.

Що се отнася до поддръжката на мобилни устройства, HMI софтуерът трябва да отговаря на стандарта HTML5, като това позволява настройка на мобилна версия на приложението и използването й от множество различни мобилни устройства с операционна система, поддържаща HTML5.

Има две основни възможности за достъп до данните в HMI системата чрез мобилно устройство – през браузър или чрез мобилно приложение. На базата на HTML5 HMI софтуерът позволява на всяко мобилно устройство визуализация, подобна на тази на персонален компютър. При използването на уеб браузър приложението трябва да бъде заредено и да се въведе адресът на облака, за да се осъществи връзка. Тези две стъпки са относително прости, но времеемки.

Мобилните приложения се справят с всичко това автоматично и много по-бързо – само чрез натискане на бутона за стартиране. Минуси при тях са по-трудното разработване на самото приложение и необходимостта потребителите да го свалят и инсталират, преди да го използват. Необходимо е и регулярно обновяване, за да се инсталира най-новата версия на приложението, което да гарантира надеждната му и безпроблемна работа. Браузър-базираният достъп до облачните платформи, от друга страна, изисква само операционна система и търсачка, които традиционно вече съществуват на устройството, като така настройката и поддръжката на връзката с облака е по-лесна.

Осигуряване на сигурен и надежден достъп
Като във всички други приложения, свързани с уеб-базиран достъп, и при облачните платформи е необходимо осигуряването на система за сигурност. Когато се осъществява достъп до HMI платформата през облака чрез мобилно устройство, потребителите трябва да бъдат идентифицирани и да преминат процес на удостоверяване чрез въвеждане на потребителско име и парола. Удостоверяването е индустриален стандарт и е включено в HTTP протокола. За много приложения тази простичка стъпка е напълно достатъчна, за да се гарантира необходимата сигурност.

От гледна точка на сигурността на данните обаче може да се налага кодиране. В Microsoft Windows стандартно е SSL кодирането, както и при мобилните операционни системи, но трябва да бъде активирано. Кодирането гарантира, че всякаква информация, до която е осъществен достъп от неидентифицирано устройство, ще бъде неразбираема.

Друго ниво на сигурност в системата може да бъде създадено, като се позволи достъп през облака само на устройства от предварително зададен списък. Избраният HMI софтуер трябва да позволява на потребителите лесно да създават и поддържат списък на разрешените устройства. Всеки опит за достъп от устройство извън списъка бива отхвърлян.

Използване на облачна архитектура за осигуряване на мобилност
Облакът може да изпраща информация от PC-базирана HMI платформа към таблети и смартфони, позволявайки на отдалечени потребители достъп до данни за операциите в графичен, текстов и числен вид. Технологията се използва все по-масово в третирането на питейни и отпадъчни води, нефтената и газова индустрия, ВЕИ сектора и т. н.

Благодарение на мобилността и функциите, които тази технология опосредства, мониторингът и контролът на системите за автоматизация и измервателната апаратура чрез HMI софтуера могат да бъдат осъществявани посредством персонални мобилни устройства. Данните се събират в облака от HMI платформата и могат да бъдат визуализирани на което и да е оторизирано устройство.

Така облакът се превръща в основен и централизиран архиватор на данни, използван от потребители в различни точки на света, например от персонала на различни международни клонове на една и съща компания. Така служителите могат да получат отдалечен достъп до необходимата информация за производствените и съпътстващите операции, независимо къде се намират.

Ако потребителите са локални и са ситуирани в една и съща сграда или съоръжение, не е необходимо обезателно HMI софтуерът да се свързва с облачна платформа. В такива случаи може да се използва Wi-Fi за обезпечаване на безжичната комуникация със системата чрез мобилни устройства.

Друго често срещано приложение на облачната архитектура е осигуряването от страна на доставчика или инсталатора на отдалечена поддръжка за системи, машини или оборудване, внедрени в дадено индустриално съоръжение. Подобна конфигурация позволява не само събиране и обработка на данни за работата на оборудването в реално време в облака, както и осигуряване на дистанционно обслужване и отстраняване на проблеми, но и осъществяване на прогнозна поддръжка, която да предотврати евентуални аварии, прекъсвания на производството и скъпи и времеемки ремонти.

Интеграторите на контролни системи също биха могли да предлагат облак-базиран мониторинг като услуга, като част от основното обслужване на клиентите или като допълнителна възможност по заявка.

Използването на облачни услуги за достъп до HMI платформата в дадено предприятие традиционно е много по-лесно, бързо и евтино решение от закупуването, внедряването и поддържането на цяла локална IT инфраструктура. Възможностите на облака позволяват лесно и удобно мащабиране с времето и добавяне на допълнителни системи, които да бъдат наблюдавани и управлявани, както и на необходимия за тях облачен ресурс.

Възможности за частни облачни HMI платформи 
Въпреки че облачните услуги са утвърдени в търговията и социалната сфера, в HMI приложенията те са сравнително нова технология. Все по-масовото им използване се дължи на множеството предимства, които осигуряват – удобен, бърз и лесен достъп до споделена база данни и множество свързани конфигуриеруеми IT ресурси, включително мрежи, сървъри, памети, приложения и услуги. Всички необходими облачни активи могат да бъдат незабавно осигурени или освободени без нужда от значителни усилия от страна на потребителя или намеса на доставчика.

На пазара са достъпни HMI платформи и услуги, позволяващи на компаниите да конфигурират и използват вътрешен за компанията локален облак, който замества необходимата иначе физическа IT инфраструктура. Те могат да използват облачните услуги и в комбинация с реална хардуерна и софтуерна архитектура.

Независимо дали облакът е публичен, частен или хибриден, възможностите по отношение на достъпа, събирането, съхранението, архивирането, обработването и визуализацията на данни са сходни. Благодарение на развитието на технологиите, днес е възможно индустриалните HMI системи лесно и без нужда от специално програмиране да се възползват от цялата тази функционалност.