PLC naar Cloud:IoT gebruiken om gegevens van een PLC te lezen

De naadloze integratie van IIoT-componenten, waaronder IoT-hardware, -software en communicatieprotocollen, is voor fabrikanten in incrementele stappen gebeurd.

Vroege industriële automatiseringssystemen waren basissensoren, eindschakelaars en andere apparaten die gegevens rechtstreeks naar een afdruk of HMI voerden waar weinig tot geen analyse beschikbaar was. Op managementniveau moesten nog gegevens worden ingevoerd in standalone softwareplatforms. Er waren problemen met de interoperabiliteit tussen eenvoudige software en systemen op bedrijfsniveau en er was een limiet aan de snelheid en diepte waarmee systemen gegevens voor consumptie konden verwerken. De beschikbare visualisatie was meestal beperkt tot HMI's op machineniveau.

Sinds de jaren 70 vertrouwen industriële automatiseringssystemen vaak op PLC's. Cloudplatforms zijn zo ver gevorderd dat ze zijn ontworpen om met deze PLC's te werken onder gestandaardiseerde protocollen. PLC's kunnen gegevens overbrengen naar het cloudplatform. Gegevens worden geanalyseerd en aan systemen en mensen geleverd om de productiviteit te verbeteren, procesverbetering te stimuleren, verspilling te verminderen en gebruikers bruikbare inzichten te bieden.

De PLC en de cloud:wat zijn ze?

PLC's en cloudplatforms zijn twee verschillende onderdelen die nodig zijn voor fabrieksbewakingssystemen en IoT-analyseplatforms. Ze zijn heel verschillend in toepassing en zijn van elkaar afhankelijk om een modern IIoT-automatiserings- en monitoringsysteem te laten werken. Door hun verschillen te begrijpen, kunnen gebruikers begrijpen hoe ze gegevens van PLC naar de cloud kunnen sturen.

Programmeerbare logische controller (PLC)

Programmable Logic Controllers, of PLC's, zijn ontwikkeld voor gebruik in automatiseringssystemen. Vroege modellen waren in staat tot basisbesturingsfunctionaliteit, maar hadden geen geavanceerde analyse- of rekenmogelijkheden.

Ze misten ook datastructuren, maakten gebruik van propriëtaire programmering die via een laptop bij de PLC-kast moest worden gedaan en waren beperkt tot een specifiek communicatieprotocol.

Deze beperkingen dwongen IT-afdelingen om een intern, ad-hocsysteem van overlappende componenten, hardware en apparaatconfiguratie te creëren om een aangepaste aanpak te creëren. Deze homebrew-systemen stonden open voor inbreuken op de beveiliging, waren duur in onderhoud en hadden weinig IoT-connectiviteit. Ze waren over het algemeen onbereikbaar voor veel kleine bedrijven waar kapitaal en vaardigheden schaars waren.

Huidige PLC's kunnen zowel OT- als IT-protocollen accepteren. De meeste hebben ingebouwde beveiliging of kunnen worden beveiligd als onderdeel van een geïntegreerd IIoT-platform. Met verbeteringen in mogelijkheden zijn PLC's ook gemachtigd als edge-apparaten die helpen OT-gegevens naar de IT-sfeer te verplaatsen, meestal in een cloudplatform.

Een Type1 Light S - PUM11 CPU van Toshiba. [Bron]

De cloud

De explosie van data als gevolg van edge-apparaten, verbeteringen in PLC's, IoT-technologie en andere data-acquisitie-apparaten biedt een kans om gegevens te verzamelen en te benutten voor waarde die voorheen niet beschikbaar was. De kosten van het toevoegen, onderhouden en beveiligen van fysieke servers kunnen veel bedrijven echter overweldigen.

De cloud staat voor het concept van decentrale gegevensopslag en toegang via internet. In plaats van bedrijfsgegevens op een on-premises server te beheren, kunnen gegevens vanuit meerdere bronnen naar de cloud worden gestreamd en op afstand worden opgeslagen. Bedrijven hebben ook toegang tot geavanceerde analyseplatforms en diensten die niet beschikbaar zijn bij interne hosting.

Gegevens worden opgeslagen, opgeschoond, georganiseerd en geanalyseerd via een internetverbinding met de cloud. De geretourneerde gegevens (in de vorm van inzichten, berekende statistieken, visualisaties of gewoon ruwe uniforme gegevens) worden via internet geleverd aan een terminal, laptop, tablet of HMI op machineniveau.

Meer informatie:een handleiding van de fabrikant voor cloudcomputing

Waarom is het nodig om een cloudgebaseerde oplossing te gebruiken?

De hoeveelheid gegevens die op het moment van generatie door apparaten wordt gegenereerd, kan traditionele IT- en interne servers overweldigen. Bedrijven die traditionele systemen proberen te onderhouden, zullen kansen missen, gegevens verliezen of niet in staat zijn om de gegevens adequaat te analyseren voor gebruik omdat ze deze niet allemaal kosteneffectief kunnen opslaan.

Nu steeds meer productieapparatuur wordt ingebed met IIoT-technologie en geavanceerde PLC's, vormt dit een concurrentieprobleem dat zowel praktisch als financieel is. PLC- en cloudplatforms zijn zakelijk zinvol.

Het gebruik van de cloud geeft bedrijven toegang tot onmiddellijke software-updates, vermindert de dure IT-infrastructuurkosten en -onderhoud aanzienlijk, en geeft fabrikanten toegang tot geavanceerde analyse- en machine learning-algoritmen die worden aangedreven door AI.

Cloudgegevensoplossingen, zoals het Industrial IoT Platform van MachineMetrics, bieden fabrikanten aanzienlijke voordelen die meerdere aspecten van hun bedrijf verbeteren, of u nu op de werkvloer of thuis bent.

PLC naar cloud:gegevens lezen van een PLC

Het verzenden en bijwerken van gegevens in de cloud gebeurt door een standaardprotocol te implementeren of een cloudadapter te gebruiken. Deze overdracht is cruciaal voor toegang tot gegevens en gebruiksvriendelijke bediening vanuit meerdere bronnen, zoals HMI's, pc's, laptops en tablets.

Een gestandaardiseerd protocol implementeren

Het meest voorkomende cloudprotocol is MQTT. MQTT stuurt berichten heen en weer tussen apparaten en is geschikt voor toegang op afstand over beperkte bandbreedte. Het werkt gewoonlijk met TCP/IP, maar kan op elke gestructureerde bidirectionele verbinding worden uitgevoerd.

Het MQTT-protocol maakt communicatie mogelijk tussen een sensor of verzameling sensoren (MQTT-clients) en een MQTT-broker. De broker fungeert als verkeersagent, ontvangt alle berichten en leidt ze naar de juiste bestemming, zoals een andere MQTT-client, een edge-computerapparaat of de cloud.

Het voordeel van het gebruik van een gestandaardiseerd protocol zoals MQTT is dat het bekend en gestructureerd is en eenvoudige verplaatsing naar de cloud mogelijk maakt. Het configureren van PLC's voor MQTT is echter lastig en gegevens kunnen verloren gaan als een verbinding mislukt.

Gebruik maken van een cloudadapter

In veel soorten fabrieksautomatisering vereist communicatie via lokale veldbusprotocollen zoals Modbus, BACnet en vele andere een IIoT-gateway. Ze zijn niet gebouwd voor directe cloudcommunicatie en het openen van een directe communicatiepoort zou beveiligingsrisico's met zich meebrengen.

Een cloudadapter verzamelt alle gegevens ter plaatse voordat deze naar de cloud wordt overgebracht. Zodra de cloudverbinding tot stand is gebracht, worden de gegevens adequaat versleuteld en verzonden. In tegenstelling tot een verbroken verbinding via het MQTT-protocol, buffert een cloudadapter gegevens zodat deze indien nodig kunnen worden hersteld.

Stappen voor het verzenden van gegevens van een PLC naar de cloud

De waarde van realtime data in de productie is enorm. Het analyseren van gegevens in een cloudplatform met behulp van een geavanceerd machinegegevensplatform zoals MachineMetrics levert bruikbare inzichten en meer waarde op. Het is echter cruciaal om gegevens van veel apparaten en PLC's naar de cloud te krijgen en ervoor te zorgen dat deze gestandaardiseerd zijn, zodat cloudgebaseerde platforms kunnen werken.

Zonder een oplossing zoals MachineMetrics die machine-, sensor- en PLC-connectiviteit mogelijk maakt, zal dit proces moeten worden voltooid (en onderhouden ) handmatig. U kunt verschillende stappen ondernemen om ervoor te zorgen dat de gegevens van PLC's correct aan het cloudplatform worden geleverd. Deze stappen omvatten:

1. Tags maken voor PLC-gegevens

Gegevens die van PLC's worden verzameld, moeten strategisch worden gedefinieerd. Deze strategie omvat het maken van tags waarvoor gegevens worden verzameld en opgeslagen. Deze tags kunnen input bevatten van sensoren voor temperatuur, vochtigheid of andere omgevingscondities, inclusief stroomverbruik of trillingsgegevens voor onderhoud.

MachineMetrics kan geavanceerde analyses uitvoeren van gegevens die over apparatuur worden gegenereerd, waardoor machinebewaking mogelijk wordt of geavanceerde gebruiksscenario's zoals voorspellend onderhoud worden aangestuurd.

Als u weet welke tags u moet gebruiken, kunt u relevante gegevens leveren die kunnen worden omgezet in acties door systemen, menselijke interactie of andere geautomatiseerde processen.

2. Vereiste systeemtools voorbereiden

Voor PLC-naar-cloudcommunicatie in een IIoT-systeem is een internetverbinding vereist. Internettoegang moet robuust zijn en mogelijk gemaakt worden door routers die een breed IP-adresbereik aankunnen. Het is ook essentieel om de Ethernet-connectiviteit te beoordelen, aangezien sommige apparaten deze connectiviteit hebben, terwijl andere mogelijk een edge-gateway nodig hebben.

Er is een industrieel IoT-platform nodig om gebruikers te analyseren en inzichten te verschaffen zodra de gegevens binnenstromen. Het MachineMetrics-platform en de apparaten werken out-of-the-box, waardoor gegevensanalyse snel na het opstarten mogelijk is.

3. De PLC IoT-gateway installeren

MachineMetrics kan binnen enkele minuten verbinding maken en beginnen met het verzamelen van gegevens van PLC's en andere apparaten. Bedrijven kunnen hun industriële IoT-gateway via internet opzetten en snel de juiste router toevoegen.

Zonder een connectiviteitsoplossing zoals MachineMetrics zouden datatags handmatig in kaart moeten worden gebracht om de apparatuurgegevens te standaardiseren. Het Edge-apparaat van MachineMetrics maakt dit veel gemakkelijker dankzij de software op het apparaat.

PLC's zijn toegankelijk via de PLC-software of door het systeem te pingen om een VPN-verbinding te gebruiken. Eenmaal aangesloten, is dataconfiguratie nu mogelijk voor de PLC. MachineMetrics biedt systeemflexibiliteit en maakt verbinding via EtherNet, Wi-Fi en mobiel mogelijk, dus toegang tot PLC-gegevens is mogelijk met meerdere methoden.

4. Een PLC-gegevensprotocol instellen

PLC's hebben specifieke protocollen nodig om gegevens te verzamelen. Deze protocollen bevatten de variabelen die moeten worden verzameld en waar die variabelen zich bevinden.

De PLC moet eerst worden geconfigureerd met behulp van de programmeerinstructies van de fabrikant. Ze kunnen ook worden geprogrammeerd via de router van het IoT-platform. Na de configuratie wordt het adres van elke PLC toegevoegd en worden de variabelen geselecteerd voor de gegevens die de PLC zal bewaken en verzamelen.

5. Variabelen en tags configureren

Op dit punt zijn de gegevens gedefinieerd en is de connectiviteit getest. Voor elke PLC kunnen variabelen worden toegevoegd en tags kunnen aangeven hoe elke variabele wordt gelogd. Tags kunnen op tijd zijn gebaseerd om zo nodig actie te activeren, en ze kunnen ook zijn gebaseerd op wijziging van de toestand op machineniveau. Ze kunnen ook worden geactiveerd op basis van informatie die aan hen is geleverd via een MQTT-makelaar van een andere PLC.

6. PLC-dashboards maken

MachineMetrics biedt rijke visualisatie en dynamische, realtime dashboards. Kant-en-klare productiedisplays kunnen realtime of historisch zijn en bieden inzicht in de belangrijkste statistieken van een fabriek.

Het MachineMetrics-platform biedt ook de mogelijkheid voor operatorcontextualisering en directe invoer op machineniveau. Veel MachineMetrics-apps kunnen out-of-the-box worden geconfigureerd en aangepast om in korte tijd een op maat gemaakte ervaring te bieden.

7. Realtime monitoring en proactieve waarschuwingen

Er is geen vervanging voor realtime monitoring door een cloudgebaseerd IoT-platform. Gegevens die worden ontvangen van PLC's en andere apparaten worden geanalyseerd en inzichten worden geleverd, met proactieve waarschuwingen. Deze kunnen duiden op stilstand van de machine, dreigende problemen, gebrek aan materiaal en meer. Omdat deze waarschuwingen zijn gebaseerd op de huidige machinestatus, kunnen operators en technici snel handelen om uitvaltijd en afval te verminderen. Managers hebben ook toegang tot gegevens die de realtime status van de productievloer weergeven.

Verbinden van meerdere apparaten met één cloud

Een adapter installeren

IIoT-platforms kunnen gegevens van veel apparaten tegelijk verwerken. Maar hoe krijg je gegevens van verschillende apparaten met verschillende protocollen? Een voorbeeld is het gebruik van een cloudadapter zoals Raspberry PI.

Raspberry PI is een kleine creditcardcomputer die kan worden aangesloten op een behuizing en kan worden geprogrammeerd als een cloudadapter om communicatieprotocollen van verschillende pc's te accepteren. Het kleine formaat, het lage vermogen en de eenvoudige programmering helpen de kloof tussen PLC's en IIoT-cloudgebaseerde platforms te overbruggen.

Houd in gedachten:een oplossing als deze zal ongelooflijk veel middelen vergen om handmatig te bouwen en te onderhouden. Daarom is het zo belangrijk om connectiviteit en gegevensverzameling voor alle apparatuur te automatiseren. Het selecteren van de juiste oplossing voor het verzamelen van machinegegevens creëert een basis voor continue verbetering waarop niet alleen hele teams kunnen vertrouwen, maar ook alle andere productiesystemen, van CMMS tot ERP.

Lokale gegevens verzamelen

Nadat de cloudadapter is geïnstalleerd, moet elke PLC die een ander protocol gebruikt, worden aangesloten via de webinterface van de cloudserviceprovider. Elk commercieel IIoT-platform zal een webinterface bieden via internettoegang. OPC UA is een populaire standaard omdat het goed werkt met apparaten die PLC's met eigen protocollen ondersteunen.

OPC UA wordt vaker gebruikt dan OPC DA omdat OPC DA minder veilig is, het genereren van alarmen niet toestaat en alleen realtime gegevens verwerkt. OPC UA daarentegen biedt toegang tot historische gegevensbronnen en de mogelijkheid om alarmen in te stellen en te activeren.

Datavisualisatie ontwerpen

Zodra lokale gegevensverzameling is ingeschakeld, kunnen PLC-variabelen aan de dashboards worden toegevoegd. Zodra ze zijn toegevoegd, verschijnen ze op beschikbare visualisatieapparaten zoals HMI's en worden ze opgenomen in de gegevens die in de toekomst worden geanalyseerd.

MachineMetrics gebruiken om PLC-gegevens te verzamelen en te analyseren

PLC-naar-cloudcommunicatie is een essentieel onderdeel van wat IIoT in staat stelt waarde te leveren. MachineMetrics biedt een krachtige, flexibele, agile cloudoplossing om PLC-gegevens om te zetten in bruikbare inzichten die de procesbeheersing verbeteren, de kosten verlagen en de efficiëntie verhogen. Sluit eenvoudig machines, sensoren en PLC's aan om waardevolle productiegegevens te extraheren, zodat mensen en systemen betere, snellere beslissingen kunnen nemen.

Zet uw PLC- en machinegegevens aan het werk met MachineMetrics. Wil je het in actie zien?