分析

利用工业物联网改善运营

现有的工业物联网解决方案使用智能路由器和相关的云服务

由比尔•德恩 2021年9月22日
图1:这个工业物联网成熟度模型描述了公司如何逐步数字化他们的运营,以便更有效地访问和操作运营数据。礼貌:AutomationDirect

一场寻找提取工厂数据并将其与云计算服务连接的最佳方法的竞赛正在进行中。终点线可能有点难以辨别,但终端用户和原始设备制造商都希望收集这些数据,然后使用第三方应用程序或他们自己开发的分析工具,通过改善运营来获取价值。

将各种运营技术(OT)系统连接到现场和基于云的信息技术(IT)资源是工业物联网(IIoT)和工业4.0项目的基础。这些连接对于执行数据记录、产品跟踪、分析和可视化也是必要的。虽然一些新的油田定位设备将与本地云连接,但大多数用户将有许多遗留系统,他们希望利用这些系统进行数据访问。

然而,将一个完整的从字段到云的数据连接解决方案拼接在一起对于大多数应用程序来说并不是一个好的选择。确定最好的硬件、软件和网络元素以提供可靠和安全的性能是很复杂的。相反,这些用户需要一个可靠的现成解决方案,这样他们就可以专注于领域和云端点。

本文讨论了用户在选择支持其工业物联网项目的云平台时应该注意什么。

IIoT成熟度模型

工业生产运营需要数据来全面评估其设备资产、原材料、产量和生产效率。有许多来自不同来源的不同数据,很难知道从哪里开始。IIoT成熟度模型可以帮助用户了解他们的当前状态,以及他们可以在哪些地方进行改进(参见图1)。

图1:这个工业物联网成熟度模型描述了公司如何逐步数字化他们的运营,以便更有效地访问和操作运营数据。礼貌:自动化直接

图1:这个工业物联网成熟度模型描述了公司如何逐步数字化他们的运营,以便更有效地访问和操作运营数据。礼貌:自动化直接

许多公司正在使用可编程逻辑控制器(plc)和个人电脑来实现设备和系统的本地自动化和计算机化。他们也可能在现场建立了良好的网络连接。

但进入工业4.0的下一步需要将源数据与更精细的——通常是基于云的——资源连接起来,用于分析、预测和调整运营。至少用户会希望能够对他们的操作进行可视化,但他们很快就会发现,开发自己的基于云的分析和学习系统非常重要,而且要小心地保护他们的知识产权。

有些用户可能会从头开始构建自己的计算解决方案,但大多数用户更有可能集成和利用广泛使用的系统,如:

  • Microsoft Power BI和Azure
  • Tableau商业智能和分析平台
  • 上月的资产管理。

终端用户和原始设备制造商更感兴趣的是获得数据存储和分析的有价值的最终结果,而不是构建传输数据的解决方案。这就是为什么他们需要一个灵活和安全的数据处理解决方案,可以快速建立和容易维护。

IIoT连接要点

工业物联网数据连接解决方案有许多连接性、安全性和可靠性要求。其中最重要的是一个没有供应商锁定的开放平台,以提供最大的灵活性。其他主要要求是:

  • 用于连接多个plc和人机界面(HMI)的智能路由器
  • 支持最常见的OT通信协议
  • 简化了PLC数据源的云记录(实时和历史)
  • 多种IT集成方法,如API和web挂钩
  • 灵活的许可和管理服务
  • 全面的安全支持,通过ISO 27001认证
  • 连接的可靠性
  • 连通性。

主要目标是将数据传输到云中,而次要需求是让需要数据的用户和应用程序能够访问这些数据。

工业物联网项目的远程连接和监控解决方案必须包括硬件和软件元素,以连接站点上的所有OT数据并将其传输到云。这方面最好的架构之一包括现场智能路由器,通过互联网无缝连接到云平台(参见图2)。

图2:AutomationDirect StrideLinx路由器可以与现场的plc和HMIs无缝连接,提供云能力的远程连接和监控解决方案。礼貌:AutomationDirect

图2:AutomationDirect StrideLinx路由器可以与现场的plc和HMIs无缝连接,提供云能力的远程连接和监控解决方案。礼貌:AutomationDirect

路由器不仅必须支持所有标准的OT通信协议,而且用户应该能够从云端配置和下载路由器设置,而无需访问站点或调整目标PLC程序。这种类型的连接解决方案可以添加到任何安装中,而不会影响底层和现有的自动化系统,并且可以对其进行优化,以便将实时和历史数据记录到云中(参见图3)。

图3:AutomationDirect的StrideLinx VPN路由器经过优化,可以在现场工作并访问plc数据,然后通过互联网高效安全地将数据传输到StrideLinx云平台。礼貌:AutomationDirect

图3:AutomationDirect的StrideLinx VPN路由器经过优化,可以在现场工作并访问plc数据,然后通过互联网高效安全地将数据传输到StrideLinx云平台。礼貌:AutomationDirect

可以通过多种方式访问这些数据。移动应用程序将为任何授权用户提供基本数据可见性。Web钩子可以绑定到外部应用程序,以提供更高级的功能,例如在出现问题时生成文本/电子邮件警报,以便服务团队能够快速响应。最有效的方法通常是应用程序编程接口(API),因为它允许云计算服务从云数据库动态访问任何需要的数据。

与任何云解决方案相关的许可都应该是灵活、简单和负担得起的。用户需要能够轻松地添加和删除标记,而不会被复杂的标记计数方案或其他问题所困扰。从系统管理的角度来看,云解决方案应该包含集中监视和日志记录,以检测性能异常。

安全

在实施任何数据访问项目时,人们自然会关注网络安全方面的问题。这是一个复杂的问题,如果用户正在构建自己的自定义解决方案,则需要专门的专业知识和重要的IT知识。解决安全问题的最佳方法是选择一个现成的解决方案,该解决方案使用经过ISO 27001认证的协调路由器和云服务。路由器应该包含防火墙,拒绝外部流量,在出口端口上使用安全协议,提供全面的用户访问限制,并包括双因素身份验证。托管VPN服务提供商应持续使用第三方扫描和审计,以检测网络中的任何漏洞。

可靠性

可靠性是通过消除单点故障来实现的。无论连接的是Wi-Fi、4G还是以太网,路由器都应该能够从主网络/首选网络到备用网络/后备网络进行故障转移。如果连接丢失,路由器必须包含大量的板载内存来记录数据,直到连接恢复在线,数据可以传输。云服务应该通过分布在全球不同地理位置的数据中心的数十台服务器进行联网,以提供响应性操作以及冗余存储和处理。

现实世界的应用程序

一旦终端用户或OEM选择了解决上述细节的工业物联网连接解决方案,他们可能如何使用它?

大多数用户严格依赖于这些解决方案的数据处理能力,而越来越多的用户也加入了可视化功能,以有效地创建远程/移动HMI体验。

许多用户都是原始设备制造商,他们将机器部署到许多位置,需要以一致的方式访问它们,同时小心地将客户端彼此隔离。越来越多的终端用户——或他们指定的系统集成商(SIs)——正在推出使用云解决方案的工业物联网项目。

OEM访问

原始设备制造商感兴趣的不仅仅是具体情况下的机器性能和吞吐量。许多人发现,从部署的设备中整合数据非常有价值,因此他们可以进行更深入的分析,从而找到更好的优化操作或避免问题的方法。这可以包括设备温度和振动等状态监测数据。一些云工业物联网解决方案可以“白色标签”,因此OEM可以将这些硬件和软件服务作为一种增值功能,以其自己的品牌。

最终用户分析

最终用户可以使用云工业物联网解决方案,该解决方案可从一台机器扩展到整个站点或跨多个站点,以一致的方式收集他们需要的数据。与原始设备制造商一样,有时需要这些生产、可用性和能源使用数据来进行更高级的运营分析。在其他情况下,终端用户需要在整个生产过程中跟踪原材料的使用情况,监控产品的现场库存或执行其他任务。

IIoT解决方案简化

对于大多数终端用户和oem来说,从零开始创建一个从现场到云的工业物联网解决方案是不可行的,因为它需要详细的实施,并支持所需的连通性、安全性和可靠性。现有的解决方案可以解决上述每一个问题,从而可以很容易地将工业物联网功能添加到任何现有的现场系统,并将这些系统连接到云资源进行高级处理。使用智能路由器和相关云服务的端到端解决方案帮助各类用户快速建立可靠的工业物联网系统,从而开始实现价值并改善运营。


比尔•德恩
作者简介:Bill Dehner在他14年的工程生涯中,大部分时间都在为石油和天然气、电力和包装处理行业设计和安装工业控制系统。他拥有美国空军航空电子副学士学位,目前在AutomationDirect担任技术营销工程师。