Обзор SIMATIC Industrial Edge. (V)
Постановка проблемы:
Проблема №1. Обработка высокочастотных данныхМеталлообработка, несколько производственных площадок.
Проблема №2. Не останавливай рабочую систему по разным поводам.
С одной стороны внедрения новых функций в АСУ ТП необходимы, потому что:
- Новые изделия и рецептуры
- Оптимизация загрузки оборудования
- Предупредительное обслуживание
- Генеалогия продукции
С другой стороны внедрять новые функции в АСУ ТП нельзя, потому что:
- Система потребует повторной отладки
- Запас производительности аппаратных компонентов неочевиден
- Возможно, потребуется новая сертификация системы (safety, кибербезопасность и т.п.)
- Внедрение новых функций = простой производства
- Совместимость имеющегося ПО со сторонним ПО не проверялась
Проблема №3. Когда количество обслуживаемых систем растёт…
Сценарий: ОЕМ-производитель, необходимо установить на системы, которые находятся на гарантии, обновление безопасности
- Количество сервисных сотрудников
- Расходы на транспорт
- Потенциальный простой производства
- Системы могут иметь отличающуюся конфигурацию
Технологии и их характеристики
Облако
- Платформа (как Сервис) для визуализации и обработки на языках высокого уровня в любом месте мира
- Интеграция IT-функционала, например долгосрочные архивы, масштабирование мощности и технологии разработки ПО
SCADA – Важные функции управления
- Программы HMI для мониторинга и управления
- Базовая аналитика, например KPI и интеграция с IT
Граничные вычисления на Siemens Industrial Edge
- Открытая программная платформа для эффективной работы ПО с централизованным управлением
- Тесная интеграция IT-функций в автоматизацию
- Программы для сбора, обработки и передачи данных
Автоматика – собственно, выпуск продукции
- Управление непосредственно оборудованием
- Safety !!!!
Сравнение технологий Cloud, Edge и местной обработки
Местная обработка на IPC
+ Данные не выходят за периметр
+ Высокая частота сбора данных
- Софт надо устанавливать
- Софт надо обслуживать
Граничная обработка Siemens Industrial Edge. Объединяет плюсы местной и облачной обработки данных
+ Данные не выходят за периметр
+ Высокая частота сбора данных
+ Платформа для новых функций, например, машинного обучения
+ Лёгкая установка обновлений
+ Если надо: регистрация событий в облаке
+ Отвязка функций автоматики и цифровизации
Облачная обработка в MindSphere
+ Доступ глобальный
+ Встроенная регистрация событий
+ Платформа для новых функций, например, машинного обучения
+ Лёгкое обслуживание софта
- Данные за периметром
- Требуется большая пропускная способность сети
Система Siemens Industrial Edge
Масштабируемость от одного до сотен устройств
Примечания:
Что такое Docker как система?
Свойства:
- Используется ядро ОС хоста
- Возможен reuse библиотек
- Изоляция процессов
- Изоляция файловой системы
- Изоляция сети
- Переносимость между платформами
Преимущества контейнеров
- [Образы] хранятся в репозитории -> стартовое состояние контейнера одинаково, исполняются экземпляры
- Зависимости определяются как внешние ссылки
- Данные и программы могут быть разделены
- Нет привязки к архитектуре -> переносимость
- Можно лимитировать процессорное время, объем памяти, bandwidth сетина каждый контейнер
- Сеть между контейнерами может настраиваться и пробрасывается наружу через NAT
Идеология микросервисов
Микросервисы:
- Дольше в разработке и развертывании
- Проще в отладке и обслуживании
- Устойчивее в работе
- Существенно проще в масштабировании
Микросервисы – пример X-Tools
Тестовый стенд:
- Измерение вибрации
- Частотный анализ - быстрое преобразование Фурье
- Локальное архивирование
- Любой вариант отправки данных «наверх»
Основные платформы для IERT
HMI Unified Comfort panel:
- Сейчас – c местным управлением
- Апдейт – управление с сервера
- Не более 4 одновременно работающих Apps
- Не более 6 установленных Apps
- Макс. 50% загрузки процессора
- Макс. 800 Мб рабочей памяти
- Макс. 4 Гб памяти для самих приложений
Simatic Edge:
- IPC227E
- + Simatic Industrial OS
- Уже содержит Edge-Runtime
- Ожидается в июле 2020
- IPC127E и IPC427E – запланировано
Simatic S7-1500 TM MFP:
- Сопроцессор к любому контроллеру от 1511 до 1518
- Запланирован
RuggedCom RX1500 + APE1808:
- Сетевая платформа на Intel Atom x5
- + Simatic Industrial OS
- Условия эксплуатации -40…75C
- IEC61850-3 / IEEE1613 class 2
Программная архитектура
SIMATIC Edge приложения (Apps)
Служебные приложения
- Databus Configurator
- Field Configurator
- Cloud Connector
Приложения для обработки данных и отчетности
- Visual Flow Creator
- LiveTwin
- Machine Insight
- Performance Insight
Прочие приложения
- Simatic Automation Tool
- Simatic Notifier
- Simatic Assistant for Machines
Программирование собственных Edge приложений возможно на базе высокоуровневых языков(C, C + +, Java, Python и т. п.)
SIMATIC Edge идеология Databus
- Databus – виртуальная сеть, работающая внутри IERT и объединяющая Apps.
- Внутри себя Databus представляет собой TCP [+ MQTT].
- Права доступа определяются по пользователю, от которого запущено приложение.
- Проброса DataBus между соседними IERT на данный момент нет.
SIMATIC Edge Databus Configurator
Отображение проброса портов
Настройка связи по MQTT
SIMATIC Edge Field Configurator
Протоколы:
- S7 (300…)
- S7+ (1200/1500)
- OPC UA
Конфигурирование источников данных вручную.
Возможен импорт тегов из TIA Portal через XML.
Для OPC UA, S7-1500 и ряда контроллеров S7-1200 возможно выкачивание списка из PLC.
SIMATIC приложение Visual Flow Creator Для задач по обработке информации и стыкуемости
Предустановлено:
- S7 in, S7 comm
- MQTT in, out
- Opcua Item, Client, Browser, Event
- Modbus Read, Resp, Server…
- Postgres
- Dashboard
- Azure IoT Hub
- MindSphere Connect Lib
- LiveTwin
SIMATIC LiveTwin
Имитатор датчика
Генерация параметров вместо отсутствующего источника, предиктивные модели – MathLab и т.п.
Порядок работы
С какой целью необходимо
Пример: ферментация вина
Напрямую измеряется только в лабораторных условиях. Есть зависимость от скорости изменения выхода СО2, но она нелинейна. Можно реализовать пересчёт снаружи и ввести в ПЛК готовое значение.
Имитация физически отсутствующего датчика: момент по току, степень ферментации по dCO/dt и т.п
Приложения
SIMATIC Performance Insight
Визуализация производительности
Расчет и отображение параметров загрузки производственной линии
SIMATIC Machine Insight
Состояние оборудования
Загружаются из программы контроллера и из самого ПЛК
SIMATIC Automation Tool
Управление контроллерами
Управление прошивками и проектами в полевых устройствах - аналог SAT for PC
SIMATIC Assistance for Machines
Чат-бот по работе с Edge-параметрами
Списки тегов, их источники, значения
Внутри – граф знаний + обработчик NL
Ожидается в 3Q2020
SIMATIC Notifier
Уведомления на носимые устройства
Включая Intranet only, ожидается в 4Q2020
Принципы лицензирования
Industrial Edge RunTime
Оборудование (разовый платеж):
- Unified Comfort Panel
- IERT встроен в прошивку панели
- Доплаты нет
- Industrial PC
- IERT встроен в образ Siemens Industrial OS
- Стоимость образа оплачивается однократно
Лицензия на исполнение
- Для экспериментов, пусконаладки – бесплатно
- В продакшен – однократная лицензия в стиле S7-1500 OPC (влияет на техподдержку)
Industrial Edge Management System
Серверное ПО само по себе – 1 EUR
Лицензия на мониторинг со стороны сервера – покупается в стиле подписки – 1 лицензия на 1 клиентское устройство на 1 год независимо от типа клиентского устройства с автопродлением
Приобретение Apps – окончательный вариант ещё не определён
- Или через Mall + Software Delivery
- Или через MindSphere Store
Пример: хлебопечки
Требования
Управление до 6000 устройств централизованно:
- Проект
- Рецепты
- Пользователи
- Прошивки/патчи
- Содержимое HMI SD, например картинки
- Полный бэкап/восстановление
Пример: мойка машин
Требования
- Обновление «рецептов» (смена типа щеток)
- Анализ предупреждений и тревог всех моек
- Обработка производительности всех моек (например, сравнение)
- Обслуживание: после Х моек, по тревоге, по заявке оператора
- Автоматический заказ расходников (например, автошампунь)
- Интеграция с оплатой через приложение
Резюме
Siemens Industrial Edge - это
- Распределенная двухуровневая система для
- Развертывания и управления докеризованными приложениями, работающими раздельно или совместно
- Мониторинга и централизованного управления набором платформ, включая бэкап/восстановление и обновление установленного ПО и прошивок
Зачем
- Для реализации задач на языках высокого уровня в цеху
- Исполнение максимально независимо от существующей структуры системы автоматизации
- По возможности, без излишних затрат на оборудование
Для кого интересно
- ОЕМ-производители, выполняющие мониторинг парка оборудования
- Эксплуатанты оборудования
- IT-интеграторы и авторы ПО, работающие в интересах систем управления предприятием
