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