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