Case study : Mở rộng quy mô dự án IoT công nghiệp của bạn (How to Scale Your Industrial IoT Project)

Các nhà thiết kế hệ thống IoT công nghiệp đã phải đối mặt với những thách thức đáng kể về khả năng tương tác và kết nối kể từ trước khi có IoT. Những rào cản này bao gồm tích hợp các thiết bị mới và kết nối vào một hệ thống thống nhất, hỗ trợ một loạt các công nghệ kết nối và xử lý truy cập Internet không đồng nhất.

Maersk Group, một công ty hậu cần của Đan Mạch đã bắt đầu kết nối các container vận chuyển hàng lạnh (cold chain). Mục tiêu của giải pháp Quản lý container từ xa (RCM – Remote Container Management) là giám sát 250.000 container từ kho đến đích, cung cấp khả năng hiển thị vào 140 điểm dữ liệu như định vị địa lý và nhiệt độ bên trong. Bằng cách kết nối dữ liệu này với bảng điều khiển dựa trên cloud, các OEM và khách hàng sẽ có thể tránh được những bất ngờ không mong muốn như giao hàng trễ hoặc hàng hóa bị hỏng.

Nhưng có một vấn đề: Các đơn vị kiểm soát container đã có nguồn gốc từ các nhà cung cấp khác nhau. Ngay cả các bộ điều khiển từ cùng một nhà cung cấp thường có các giao diện truyền thông khác nhau hoặc phần điều khiển nhúng (embed system) khác nhau, khiến cho một giải pháp giám sát thống nhất là không thể với các giải pháp có sẵn tại thời điểm đó.

Một cách tiếp cận mới được yêu cầu có thể bình thường hóa dữ liệu từ các bộ điều khiển khác nhau để đưa vào phần cuối RCM. Giải pháp cũng cần có khả năng mở rộng để hỗ trợ đội tàu container hiện có và đưa lên hàng ngàn đơn vị mới trong tương lai.

Mở rộng thành công trong IIoT: Bài học kinh nghiệm

Giải pháp Maersk RCM cần một giải pháp phần mềm có thể mở rộng là thiết bị, dữ liệu và khả năng kết nối, và cũng có khả năng duy trì luồng dữ liệu nhất quán trên toàn bộ kiến ​​trúc nền tảng. Nhiều nhà sản xuất đã cố gắng đáp ứng nhu cầu của dự án RCM bằng cách sử dụng các thành phần công nghệ hiện có, nhưng phần lớn không đạt được mục tiêu cuối cùng.

Nhận ra những thất bại của các tổ chức khác, hai nhà phát triển chính của Maersk trong chương trình RCM đã học được một số bài học quan trọng trong quá trình thực hiện dự án dẫn đến việc triển khai một giải pháp thành công. Những điều đó được bao gồm:

  • Triển khai pilot toàn diện –, nhanh chóng, các pilotlặp lại là một yêu cầu của các dự án IIoT quy mô lớn như Maersk Line RCM. Điều này cho phép các nhà phát triển thực hiện kiểm tra toàn diện về độ phức tạp và khả năng mở rộng của việc triển khai hệ thống, cũng như trường hợp kinh doanh.
  • Hỗ trợ thiết bị toàn cầu (Universal device support) Trực tiếp nhận ra quy mô ở cấp độ của dự án RCM, hỗ trợ thiết bị nên càng phổ biến càng tốt. Điều này không chỉ cho phép giải pháp IIoT sinh sôi nảy nở qua càng nhiều điểm cuối càng tốt, thu được nhiều dữ liệu nhất có thể và lấy giá trị doanh nghiệp từ tất cả các tài sản trong một hệ thống bằng một quy trình duy nhất.
  • Nắm bắt tất cả dữ liệu. Vì dữ liệu có thể dẫn đến các ý tưởng, ứng dụng và kết quả tiềm năng mới, càng nhiều dữ liệu cần được nắm bắt càng tốt. Điều này đặc biệt có liên quan trong các giai đoạn tạo mẫu và thực hiện nhưng phải tồn tại trong suốt vòng đời của hệ thống IIoT. Điều này đòi hỏi một kiến ​​trúc mở rộng có thể thu thập dữ liệu ở nhiều định dạng khác nhau.
  • Tần suất so với kích thước nhỏ hơn Các sự kiện nhỏ hơn, thường xuyên hơn có khả năng ảnh hưởng đến dự án IIoT hơn các trường hợp lớn, bị cô lập. Do đó, điều cần thiết là phải thu thập càng nhiều dữ liệu càng tốt trong khi xây dựng trường hợp kinh doanh và đo lường số lần xảy ra sự kiện chống lại tác động cá nhân của họ theo thời gian.
  • Thân thiện với người dùng – Sự dễ dàng và tốc độ mà các nhà khai thác phi kỹ thuật có thể học và sử dụng công nghệ của bạn là rất quan trọng để áp dụng đại trà. Điều này đặc biệt áp dụng cho giải pháp RCM, vì công nghệ này thường được triển khai ở các địa điểm xa với nhân viên tại chỗ không có kinh nghiệm về mạng, liên lạc, v.v. Các giải pháp plug-and-play giảm thiểu lỗi và thời gian triển khai nền tảng, giúp tăng tốc quay trở lại về đầu tư (ROI).

Những cân nhắc này đã giúp nhóm Maersk đáp ứng các yêu cầu của dòng sản phẩm RCM, bao gồm khả năng tích hợp hàng ngàn bộ điều khiển đa dạng từ các nhà cung cấp khác nhau vào một kiến ​​trúc back-end thống nhất, hỗ trợ nhiều công nghệ kết nối và giải pháp cho các container có gián đoạn truy cập Internet.

Những thách thức của Maersk Line RCM và các thực tiễn tốt nhất được phát triển để giải quyết chúng là phổ biến trong các dự án IIoT quy mô lớn trong các ngành công nghiệp như sản xuất, tiện ích, dầu khí và các tòa nhà thương mại. Nhận thức này đã dẫn đến việc tạo ra Omnio và giải pháp IIoT cắm và chạy của nó.

Kết nối bộ điều khiển đa dạng và mô hình dữ liệu

Giải pháp sử dụng Omnio IoT kết nối với hơn 10.000 mẫu thiết bị đầu cuối từ các nhà sản xuất như ABB, Danfoss, Schneider Electric và Siemens, bao gồm các thiết bị như PLC không được thiết kế để kết nối với đám mây. Hỗ trợ thiết bị rộng này cho phép tích hợp cả thiết bị công nghiệp cũ và thiết bị IIoT hiện đại, cho phép giải pháp đạt được quy mô lớn.

Để trích xuất dữ liệu từ các thiết bị công nghệ vận hành (OT) đa dạng, phần mềm Omnio tương thích với các giao thức công nghiệp như Modbus, Profibus, DeviceNet, Ethernet / IP và Bacnet. Sau khi nhập dữ liệu đầu vào từ các giao thức khác nhau này, nền tảng sẽ chuyển đổi dữ liệu thành các định dạng tương thích với IoT như MQTT, OPC-UA hoặc HTTPS để vận chuyển đến các cổng biên cục bộ hoặc đám mây.

Một tính năng quan trọng của phần mềm cổng Omnio là lớp chuẩn hóa nhằm chuẩn hóa các mô hình dữ liệu và mô tả để tải lên giải pháp giám sát IIoT back-end của khách hàng ( Hình 1 ).

Ví dụ: nếu hai bộ điều khiển riêng biệt phân loại nhiệt độ bằng các đơn vị Fahrenheit và Celsius, phần mềm chuẩn hóa Omnio sẽ dịch các giá trị này thành một tập dữ liệu thống nhất với các nhãn và đơn vị được căn chỉnh. Đầu ra từ lớp này là một định dạng tương thích với doanh nghiệp, chẳng hạn như JSON hoặc OPC-UA.

Hình 1. Lớp chuẩn hóa dữ liệu trong phần mềm cổng Omnio chuẩn hóa các mô hình dữ liệu, mô tả và nhãn và xuất thông tin này ở định dạng tương thích với doanh nghiệp. (Nguồn:  Omnio )

Một phần khác của chức năng cốt lõi trong giải pháp Omnio là khả năng thu thập dữ liệu từ các thiết bị có truy cập Internet lẻ tẻ. Tại đây, phần mềm Omnio hỗ trợ một tính năng gọi là tiền vận hành, cho phép nền tảng bắt đầu trích xuất dữ liệu thiết bị ở các khu vực có ít hoặc không có kết nối để có thể giữ lại thông tin quan trọng.

IIoT đơn giản với Intel ® Onboard (Intel ® SDO)

Vì nhân viên về phía người sử dụng hậu cần, sản xuất hoặc dầu khí có thể không am hiểu về kỹ thuật khi nói đến các thiết bị trên tàu, sự đơn giản là chìa khóa. Để giảm bớt sự phức tạp của các thiết bị trên máy bay như bộ điều khiển container, Omnio dựa vào các công nghệ như Intel ®  Secure Device Onboard (Intel ®  SDO).

Intel SDO là một tính năng không xác định nền tảng IoT, tận dụng  ID bảo mật nâng cao Intel ® (Intel ®  EPID) và các biện pháp bảo mật phần cứng để cung cấp các hệ thống được kết nối với đám mây một cách nhanh chóng và an toàn ( Hình 2 ). Có sẵn trên các bộ xử lý Intel ®  Pentium ® , Intel ®  Celeron ® và Intel Atom ®  dựa trên kiến ​​trúc vi mô  Apollo, Intel SDO cũng kết hợp với một loạt các bộ xử lý được xếp hạng công nghiệp có thể mở rộng cung cấp các mức hiệu suất khác nhau cho các ứng dụng điện toán cạnh IIoT.

Hình 2. Intel ®  Thiết bị bảo mật trên bo mạch (Intel ®  SDO) sử dụng ID thiết bị được bảo mật bằng phần cứng duy nhất để nhanh chóng sử dụng các hệ thống dựa trên hồ Apollo với nền tảng đám mây IoT. (Nguồn:  Intel ®  Corp )

Khả năng mở rộng liên tục

Không giống như các hình thức tiêu dùng của IoT, kiến ​​trúc IIoT phải hỗ trợ hàng chục hoặc hàng trăm nghìn nút, nhiều trong số đó là thừa kế, dựa trên một tập hợp các công nghệ kết nối và cấu trúc truyền thông dữ liệu khác nhau và có thể được phân phối trên các khu vực địa lý rộng lớn. Các giải pháp IIoT cần đưa lên các thiết bị này một cách dễ dàng, tích hợp dữ liệu của chúng một cách liền mạch và cung cấp quyền truy cập nhanh vào giá trị và ROI.

Bài học kinh nghiệm trong quá trình phát triển sản phẩm Maersk Line RCM cho phép 250.000 container vận chuyển kết nối với nền tảng giám sát thống nhất mà không phải trang bị thêm cho mỗi bộ điều khiển với các công nghệ phần mềm và truyền thông tương thích. Và vì giải pháp có thể xuất ra các gói dữ liệu tương thích IP được chuẩn hóa, thông tin từ các bộ điều khiển bộ chứa có thể được vận chuyển dễ dàng trên các khu vực rộng và vào đám mây. Bằng cách này, dòng sản phẩm RCM có thể đạt được quy mô lớn bất kể sự đa dạng của các thiết bị đầu cuối, cho phép Maersk phát triển đội tàu vận chuyển container lên 380.000 trong chín năm qua.

Ngày nay, các giải pháp như giải pháp tích hợp plug and play Omnio cung cấp cùng mức độ tích hợp, khả năng tương tác, khả năng mở rộng và thời gian nhanh chóng đưa ra thị trường, ngoài thị trường. Nền tảng Omnio đã hỗ trợ hầu hết các loại thiết bị và giao thức phổ biến và những giao thức mới có thể được thêm vào sau vài ngày.

Mặc dù không có hai dự án IIoT nào giống hệt nhau, nhưng việc lập kế hoạch và phát triển cẩn thận theo các thực tiễn tốt nhất được nêu ở trên cho phép các tổ chức trên các thị trường công nghiệp tối đa hóa hỗ trợ thiết bị, thu thập dữ liệu và dễ sử dụng trong triển khai được kết nối. Đây là lộ trình của bạn đến mức độ tương tác và quy mô cao.

Thông tin về Tác giả – Brandon chịu trách nhiệm về Thiết kế IoT của Thiết kế máy tính nhúng, Hệ thống nhúng ô tô, Bảo mật theo thiết kế và các thương hiệu Hệ thống nhúng công nghiệp, nơi ông điều khiển chiến lược nội dung, định vị và tham gia cộng đồng.

Đăng ký để nhận ebook
Đăng ký để nhận ebook "Ứng dụng IoT" từ chúng tôi.
Đăng ký để được nhận ebook "The Technical Foundations of IoT" và "Building Arduino Projects for the Internet of Things ".