Основная цель промышленного шлюза — позволить устройствам разного возраста, разных брендов и различных протоколов работать вместе в одной системе. Но в разных отраслях это решает разные конкретные задачи.
Многие проекты сосредоточены только на том, могут ли устройства подключиться к интернету на этапе планирования. Но после внедрения они обнаружили, что самой большой проблемой является непонимание друг друга устройств. Промышленный портал был создан для решения этой проблемы.
I. Решение проблемы несовместимости между старыми и новыми устройствами
Это самая важная ценность промышленного шлюза.
На фабриках часто сосуществуют устройства разных эпох. Новейшие устройства поддерживают Ethernet и стандартные протоколы, но оборудование десятилетней давности может иметь только последовательные порты RS232 и проприетарные протоколы. Замена всего этого старого оборудования была бы чрезвычайно дорогой. Оставляя их нетронутыми, их данные остаются на изолированных островах.
Промышленный шлюз решает эту проблему, подключаясь к старому оборудованию через последовательные порты, считывая проприетарные протокольные данные, конвертируя их и выводя в стандартные протоколы. Новые устройства и облачные платформы получают унифицированные данные и совершенно не подозревают о существовании старого оборудования. Старое оборудование продолжает работать, а новая система получает полные данные.
В реальном случае завод по производству автомобильных запчастей имел более тридцати машин для литья под давлением разного возраста и брендов. После развертывания промышленных шлюзов данные с этих машин собирались равномерно и интегрировались в систему MES. Завод обеспечивал мониторинг прогресса производства в реальном времени без замены старого оборудования.
II. Решение проблемы непоследовательных протоколов
Даже если устройства относятся к похожей эпохе, непоследовательные протоколы — обычное явление. В мире ПЛК Siemens использует протокол S7, Mitsubishi — протокол MC, Omron — протокол FINS, а Rockwell — протокол CIP. В мире приборов счетчики электроэнергии используют DL/T645, водяные счетчики — CJ/T188, а датчики — Modbus. Эти протоколы несовместимы друг с другом, и устройства не могут общаться напрямую.
Промышленные шлюзы имеют встроенные возможности парсинга для этих протоколов. Достаточно сказать шлюзу, какое устройство подключено и какой протокол оно использует, и шлюз автоматически выполнит преобразование протокола. Собранные данные выводятся в унифицированном формате, таком как MQTT или OPC UA, который может использоваться напрямую облачной платформой или системой MES.
На одном водоочистном сооружении находились ПЛК, приборы и приводы с переменной частотой от пяти разных поставщиков. Изначально они работали независимо, и операторам приходилось переключаться между несколькими экранами. После развертывания промышленного шлюза все данные интегрировались в единый мониторинговый экран, что значительно повысило операционную эффективность.
III. Решение проблемы медленного отклика облака
Отправка всех сырых данных в облако для обработки во многих случаях невозможна. Рассмотрим высокоскоростную производственную линию, которая должна обнаруживать аномалии и реагировать в течение миллисекунд. Если данные должны идти в облако и обратно, задержка может составлять сотни миллисекунд или даже секунд. К тому времени производственная линия уже будет иметь проблемы.
Возможности крайних вычислений промышленных шлюзов решают эту проблему. Шлюз запускает логику управления локально и обрабатывает данные в реальном времени. Данные отправляются в облако только при длительном хранении или межсистемном анализе. Это обеспечивает реагирование в реальном времени, одновременно снижая нагрузку на облако и расходы на пропускную способность.
Одна из упаковочных линий изначально использовала облачное решение для контроля качества. Каждая проверка продукта занимала несколько сотен миллисекунд, что не успевало за скоростью линии. После перехода на местный промышленный шлюз для инспекции время инспекции на продукт сократилось до десятков миллисекунд, полностью соответствуя требованиям линии.
IV. Решение проблемы беспорядочных форматов данных
Даже при использовании одного протокола разные устройства могут выражать данные совершенно по-разному. Для температуры одно устройство может использовать Цельсий, а другое — Фаренгейт. Для статусных кодов одно устройство может использовать числа, а другое — английские строки. Для временных меток одно устройство может использовать Unix-метки, а другое — год-месяц-день-час-минута-секунда.
Промышленные шлюзи отвечают за защиту этих различий. Вы можете настроить шлюз так, чтобы преобразовать все данные о температуре в Цельсий, сопоставить все коды состояния в стандартные кодировки и унифицировать все временные метки в одном формате. Система верхнего уровня получает чистые, согласованные данные и не требует дополнительной очистки и преобразования.
Одна транснациональная производственная компания должна была агрегировать производственные данные с более чем дюжины заводов по всему миру на свою штаб-квартиру. Каждая фабрика имела своё оборудование и форматы данных. После развертывания промышленного шлюза на каждом заводе шлюз отвечал за преобразование локальных данных в унифицированный формат, требуемый платформой штаб-квартиры. Время обработки данных по всему проекту сократилось примерно на семьдесят процентов.
V. Решение проблемы нестабильных сетей в отдалённых районах
Как и промышленные роутеры, промышленные шлюзы также поддерживают офлайн-кэширование и автоматическую повторную передачу. Это очень важно для удалённых сценариев, таких как ветроэнергетика, фотоэлектрическая система, нефтегаз и водоснабжение.
Шлюз сначала записывает собранные данные в локальное хранилище. Когда сеть работает нормально, загрузка загружается в реальном времени. Когда сеть прерывается, она хранится локально. Когда сеть восстанавливается, она автоматически передаётся в хронологическом порядке. Даже когда сеть работает нерегулярно, данные не теряются.
На ветряной электростанции было десятки ветряных турбин, каждая из которых находилась в удалённом месте. После развертывания промышленных шлюзов, даже при возникновении сетевых сбоев, данные турбины хранились локально нетронутыми и автоматически передавались в центральный центр управления при восстановлении сети, обеспечивая действительно автономную работу.
VI. Заключение
Применение промышленного шлюза можно обобщить в пяти областях. Во-первых, соединение старых и новых устройств, позволяя старому оборудованию продолжать работать, одновременно интегрируясь в новые системы. Во-вторых, объединение различных протоколов, позволяющее устройствам разных производителей взаимодействовать друг с другом. В-третьих, edge computing, обработка данных локально для отклика на уровне миллисекунды. В-четвертых, очистка данных и унификация форматов, вывод чистых и согласованных данных на платформы верхнего уровня. В-пятых, офлайн-кэширование, гарантирующее отсутствие потери данных в удалённых и нестабильных сетевых средах. Если ваш проект включает несколько устройств, несколько протоколов, требования к контролю в реальном времени или распределённые удалённые локации, промышленный шлюз — ключевое средство для решения этих проблем.
