Промышленная цифровая трансформация с MQTT
Промышленный Интернет вещей (IIoT) в последние годы неуклонно растет, и IDC (ведущий поставщик информации и консультационных услуг) прогнозирует, что мировые расходы на IoT в 2022 году превысят отметку в 1,0 триллион долларов, что обусловлено дискретным производством и производственным процессом.
Перед исследователями данных теперь стоит задача подключиться к производственному цеху, чтобы использовать bigdata, машинное обучение (ML) и искусственный интеллект (AL), и эти новые требования вызывают необходимость изменений.
Цифровое преобразование приведет к повышению производительности, эффективности и сокращению затрат на обслуживание и простоев.
Преимущества в конечном итоге приводят к увеличению доходов, доли рынка и увеличению прибыли. Чтобы реализовать эти преимущества, компании должны преодолеть разрыв между OT/IT и обеспечить обработку данных безопасным, легким в эксплуатации и масштабировании, экономически эффективным способом.
Промышленность использует MQ Telemetry Transport, или MQTT, для реализации архитектуры открытого стандарта для цифрового преобразования.
MQTT облегчает доступ к данным и работает с лучшими в своем классе приложениями ML и AI, позволяя компаниям извлекать ценность из обработки данных, для достижения своих бизнес-целей.
В этой статье мы рассмотрим проблемы с запатентованными производственными протоколами и обсудим, как MQTT с открытым стандартом может обеспечить цифровое преобразование.
Цифровое преобразование начинается там, где генерируются данные
Данные могут быть получены на заводе-изготовителе или средствами SCADA. Технология заводской автоматизации и телеметрии оставалась практически неизменной в течение 40 лет, в основном используя собственные протоколы опроса/ответа от ПЛК и датчиков.
Необработанные данные передаются с помощью криптографических сопоставлений регистров на хост MES или SCADA/DCS. Данные обычно настраиваются вручную для ввода контекстных элементов в каждый тег – что крайне неэффективно.
Протоколы опроса/ответа заставляют хоста снова и снова запрашивать одну и ту же информацию, хотя в большинстве случаев она не изменилась на значительное количество или даже вовсе. Это то, что мы называем “тесно связанным устройством”, то есть производители данных привязаны к одному проприетарному приложению, такому как узел SCADA/DCS. В результате общая реакция системы замедляется, и операции не могут получить другие данные в полевых условиях из-за ограничений пропускной способности, что делает реальное Цифровое преобразование почти невозможным.
Существуют сотни таких сложных промышленных протоколов для различных производителей оборудования, каждый из которых имеет свой язык. Любые другие потребители данных в рамках предприятия ограничены тем, что им дадут операции, и должны использовать сложные API для извлечения данных, превращая систему SCADA в плохую службу промежуточного программного обеспечения для обмена сообщениями. Завершение такого обмена данными часто называют преодолением разрыва между OT/IT, но традиционные промышленные производители делают это не очень хорошо.
MQTT предоставляет взаимосвязь между нескольким производителям и потребителям данных
Для успешного проведения цифровой трансформации данные должны быть разделены и снабжены архитектурой решений для всей организации. Данные должны быть способны поступать в корпоративные приложения в рамках подхода "one-to-many".
MQTT протокол - предназначен для ограниченных устройств и сетей с низкой пропускной способностью, высокой задержкой или ненадежными сетями. Он минимизирует требования к пропускной способности сети и ресурсам устройств, одновременно пытаясь обеспечить надежность и некоторую степень гарантии доставки. MQTT базируется непосредственно на TCP/IP, поэтому мы используем эти стандарты для лучшей в своем классе безопасности.
MQTT решает проблемы, создаваемые протоколами опроса/ответа, с помощью метода publish/subscribe. Вместо того, чтобы хост запрашивал одни и те же точки данных снова и снова, MQTT сообщает только о данных, если они изменяются - отчет по исключению. Замена сети опроса/ответа сетью на основе MQTT резко снижает использование сети, экономя от 80 до 95% пропускной способности. Это означает, что изменения могут быть отправлены быстрее и доступность данных в целом повышается.
MQTT также позволяет использовать несколько потребителей данных. Вы можете опубликовать данные из производственного актива, и несколько приложений могут использовать их одновременно.
Переход к модели publish/subscribe с помощью MQTT облегчает внедрение новых технологий. Сервер MQTT позволяет тем, кто имеет право доступа, подписаться на эти данные. Приложение OT будет подписываться на данные, а не опрашивать их в двунаправленном соединении, которое также используется для управления. Если необходимо отправить новое заданное значение, приложение OT опубликует командное сообщение для записи значения на ПЛК или устройство.
Технология MQTT используется для критически важных промышленных применений уже более 20 лет. Сегодня, с появлением IIOT, MQTT является наиболее часто используемым протоколом обмена сообщениями, поскольку он позволяет компаниям получить доступ к большему количеству данных со своих заводов и процессов и обмениваться ими по всему предприятию.
MQTT обеспечивает доступ к данным от устаревшего оборудования
Производственные активы дороги и могут окупаться более 20 или 30 лет, поэтому нет особого смысла заменять устаревшие системы, если они все еще работают. Однако данные OT являются проприетарными и загадочными по своей природе и, как правило, не имеют никакого контекста в отношении именования, инженерных единиц или масштабирования. Для того чтобы на предприятии произошла настоящая цифровая трансформация, проприетарные данные должны быть стандартизированы и превращены в ИТ-потребляемые данные.
IIoT работающий на MQTT обеспечивает экономичное решение для доступа к данным на устаревших устройствах. MQTT может транспортировать данные от датчика к устройству (например, ПЛК), к пограничному шлюзу, а затем к системе SCADA/MES.
Решения IIoT часто являются узкими, с ограниченной эффективностью для использования во всем предприятии. Целью является принятие решений с использованием общего, открытого стандартного подхода. Недавно мы создали спецификацию в рамках проекта Eclipse Tahu под названием Sparkplug, которая определяет, как использовать MQTT в критически важной среде реального времени. Sparkplug определяет полезную нагрузку и управляет состоянием сеанса для промышленных приложений, удовлетворяя требованиям реализаций SCADA в реальном времени. Sparkplug-это открытый стандарт, который не требует лицензии и является отличной отправной точкой для использования MQTT.
Цифровая трансформация - это использование новых, быстрых и часто меняющихся цифровых технологий для решения проблем. В промышленном мире полная стратегия цифровой трансформации должна обеспечить понимание всей цепочки создания стоимости предприятия с помощью стандартизации данных и простой интеграции с различными потребителями данных, начиная от облачных сервисов и заканчивая приложениями искусственного интеллекта и машинного обучения. Слишком часто неудачные проекты основываются на собственных решениях, специфичных для одного процесса. Проприетарный результат не масштабируется и не соответствует ожиданиям ROI.
При минимальном риске и затратах MQTT позволяет использовать данные OT с простыми конфигурациями на проверенных программных инструментах, которые надежно преодолевают разрыв между OT/IT и предоставляют релевантную информацию для экспертов, занимающихся данными, чтобы использовать аналитику bigdata, ML и AI для получения информации и повышения производительности и прибыли.
