Naadloze PLC-naar-Cloud integratie: IoT benutten voor real-time data-ophaling

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

Vroege industriële automatiseringssystemen waren basis-sensoren, limietschakelaars en andere apparaten die data direct voerden naar een printout of HMI waar weinig tot geen analyse beschikbaar was. Data moest nog steeds ingevoerd worden in standalone softwareplatforms op managementniveau. Er waren problemen met interoperabiliteit tussen eenvoudige software en enterprise-level systemen en een limiet aan de snelheid en diepgang waarmee systemen data konden verwerken voor consumptie. Beschikbare visualisatie was meestal beperkt tot HMI's op machineniveau.

Sinds de jaren '70 hebben industriële automatiseringssystemen vaak op PLC's gesteund. Cloud-platforms zijn gevorderd tot het punt dat ze ontworpen zijn om met deze PLC's te werken onder gestandaardiseerde protocollen. PLC's kunnen data naar het cloud-platform overbrengen. Data wordt geanalyseerd en geleverd aan systemen en mensen om productiviteit te verbeteren, procesverbetering te stimuleren, verspilling te verminderen en actionable insights aan gebruikers te bieden.

De PLC en de Cloud: Wat zijn ze?

PLC's en cloud-platforms zijn twee distincte stukken die nodig zijn voor fabrieksmonitoringssystemen en IoT-analytics platforms. Ze zijn heel anders in toepassing en hangen van elkaar af voor een modern IIoT-automatiserings- en monitoringsysteem om te werken. Het begrijpen van hun verschillen zal gebruikers helpen begrijpen hoe data van PLC naar de cloud te sturen.

Programmable Logic Controller (PLC)

Programmable Logic Controllers, of PLC's, zijn ontwikkeld voor gebruik in automatiseringssystemen. Vroege modellen waren capabel van basis controle functionaliteit maar hadden geen geavanceerde analytics of computationele capaciteiten.

Ze hadden ook geen datastructuren, gebruikten proprietaire programmering die via laptop aan de PLC-kast gedaan moest worden, en waren beperkt tot een specifiek communicatieprotocol.

Deze beperkingen deden IT-afdelingen een in-house, ad-hoc systeem van overlappende componenten, hardware en apparaatconfiguratie creëren om een aangepaste benadering te creëren. Deze homebrew-systemen waren open voor beveiligingsinbreuken, duur om te onderhouden, en hadden weinig IoT-connectiviteit. Ze waren doorgaans onbereikbaar voor veel kleine bedrijven waar kapitaal en vaardigheidsmiddelen schaars waren.

Huidige PLC's kunnen zowel OT als IT protocollen accepteren. De meeste hebben ingebouwde beveiliging of kunnen beveiligd worden als onderdeel van een geïntegreerd IIoT-platform. Met vooruitgang in capaciteiten zijn PLC's ook bemachtigd als edge-apparaten die helpen OT-data naar de IT-sfeer te verplaatsen, meest voorkomend in een cloud-platform.

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

De Cloud

De explosie van data voortvloeiend van edge-apparaten, vooruitgang in PLC's, IoT-technologie en andere data-acquisitie-apparaten presenteert een kans om data te verzamelen en te benutten voor waarde die eerder niet beschikbaar was. Echter, de kosten van het toevoegen van fysieke servers, ze te onderhouden en ze veilig te houden, kunnen veel bedrijven overstijgen.

De cloud vertegenwoordigt het concept van gedecentraliseerde dataopslag en toegang via het internet. In plaats van bedrijfsdata te managen in een on-premises server, kan data gestreamd worden naar de cloud van meerdere bronnen en elders opgeslagen. Bedrijven kunnen ook toegang krijgen tot geavanceerde analytics-platforms en diensten die niet beschikbaar zijn bij in-house hosting.

Data wordt opgeslagen, gereinigd, georganiseerd en geanalyseerd via een internetverbinding met de cloud. De geretourneerde data (in de vorm van inzichten, berekende metrics, visualisaties, of simpelweg rauwe uniforme data) worden via het internet geleverd aan een terminal, laptop, tablet of machine-niveau HMI.

Lees meer: Een Fabrikantsgids voor Cloud Computing

Waarom is het noodzakelijk om een cloud-gebaseerde oplossing te gebruiken?

Het volume data gegenereerd door apparaten op het punt van generatie kan traditionele IT en in-house servers overstijgen. Bedrijven die proberen traditionele systemen te onderhouden, zullen kansen missen, data verliezen, of onvoldoende in staat zijn de data te analyseren voor gebruik omdat ze het niet kosteneffectief kunnen opslaan.

Met steeds meer productieapparatuur ingebouwd met IIoT-technologie en geavanceerde PLC's, presenteert dit een competitief probleem dat zowel praktisch als financieel is. PLC en cloud-platforms maken zakelijk zin.

Het gebruik van de cloud geeft bedrijven toegang tot directe software-updates, verlaagt aanzienlijk dure IT-infrastructuurkosten en onderhoud, en geeft fabrikanten toegang tot geavanceerde analytics en machine learning algoritmes aangedreven door AI.

Cloud-data-oplossingen, zoals MachineMetrics' Industrial IoT Platform, bieden fabrikanten significante voordelen die meerdere gebieden van hun business verbeteren, of u nu op de werkvloer bent of thuis.

PLC naar Cloud: Hoe data van een PLC te lezen

Data verzenden en updaten in de cloud wordt gedaan door of een standaardprotocol te implementeren of een cloud-adapter te gebruiken. Deze transmissie is cruciaal voor het benaderen van data en gebruiksvriendelijke controle van meerdere bronnen zoals HMI's, PC's, laptops en tablets.

Een gestandaardiseerd protocol implementeren

Het meest voorkomende cloud-protocol is MQTT. MQTT stuurt berichten heen en weer tussen apparaten en is geschikt voor remote toegang over beperkte bandbreedte. Het draait gemeenschappelijk met TCP/IP maar kan op elke gestructureerde bi-directionele verbinding draaien.

Het MQTT-protocol stelt communicatie in tussen een sensor of verzameling sensoren (MQTT clients) en een MQTT broker. De broker fungeert als een verkeersagent, ontvangt alle berichten en stuurt ze door naar de juiste bestemming - zoals een andere MQTT client, een edge computing apparaat, of de cloud.

Het voordeel van het gebruik van een gestandaardiseerd protocol zoals MQTT is dat het goed bekend, gestructureerd is en eenvoudige verplaatsing naar de cloud toestaat. Echter, PLC's configureren naar MQTT is lastig, en data kan verloren gaan als een verbinding faalt.

Gebruik maken van een Cloud Adapter

In veel typen fabrieksautomatisering vereist communicatie over lokale fieldbus-protocollen zoals Modbus, BACnet en vele anderen een IIoT-gateway. Ze zijn niet gebouwd voor directe cloud-communicatie, en het openen van een directe communicatiepoort zou beveiligingsrisico's creëren.

Een cloud-adapter verzamelt alle data on-site voordat het naar de cloud overgebracht wordt. Eenmaal de cloud-verbinding tot stand gebracht, wordt data adequaat versleuteld en verzonden. In tegenstelling tot een verbroken verbinding met het MQTT-protocol, buffert een cloud-adapter data zodat het hersteld kan worden indien nodig.

Stappen voor het verzenden van data van een PLC naar de Cloud

De waarde van real-time data in de productie is enorm. Data analyseren in een cloud-platform met een geavanceerd machine data platform zoals MachineMetrics levert actionable insights en grotere waarde. Echter, data van veel apparaten en PLC's naar de cloud krijgen, en ervoor zorgen dat het gestandaardiseerd is, is cruciaal voor cloud-gebaseerde platforms om te werken.

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

1. Tags aanmaken voor PLC-data

Data verzameld van PLC's moet strategisch gedefinieerd worden. Deze strategie omvat het aanmaken van tags voor welke data verzameld en opgeslagen wordt. Deze tags kunnen inputs omvatten van sensoren voor temperatuur, vochtigheid of andere omgevingscondities, inclusief stroomverbruik of trillingsdata voor onderhoud.

MachineMetrics kan geavanceerde analyse uitvoeren van data gegenereerd over apparatuur, wat machine monitoring mogelijk maakt of geavanceerde use cases zoals voorspellend onderhoud drijft.

Weten welke tags te gebruiken helpt relevante data leveren die omgezet kan worden in actie door systemen, menselijke interactie of andere geautomatiseerde processen.

2. Benodigde systeemtools voorbereiden

PLC-naar-cloud communicatie in een IIoT-systeem vereist een internetverbinding. Internettoegang moet robuust zijn en aangedreven door routers capabel van het aanpakken van een breed IP-adresbereik. Het is ook essentieel om Ethernet-connectiviteit te beoordelen aangezien sommige apparaten deze connectiviteit hebben terwijl anderen een edge-gateway kunnen vereisen.

Een Industrial IoT-platform is nodig om data te analyseren en inzichten aan gebruikers te leveren zodra data begint binnen te stromen. Het MachineMetrics-platform en apparaten werken out of the box, wat snelle data-analytics na opstart toestaat.

3. De PLC IoT-gateway installeren

MachineMetrics kan verbinden en beginnen met data verzamelen van PLC's en andere apparaten in minuten. Bedrijven hun industriële IoT-gateway via het internet opzetten en de passende router prompt toevoegen.

Zonder een connectiviteitsoplossing zoals MachineMetrics, zouden data-tags handmatig gemapt moeten worden om de apparatuurdata te standaardiseren. Het MachineMetrics edge-apparaat maakt dit veel gemakkelijker door de software op het apparaat.

PLC's kunnen benaderd worden via de PLC-software of door het system te pingen om een VPN-verbinding te gebruiken. Eenmaal verbonden, is dataconfiguratie nu mogelijk voor de PLC. MachineMetrics biedt systeemflexibiliteit en staat verbinding toe over EtherNet, Wi-Fi en cellulair, zodat toegang tot PLC-data mogelijk is met meerdere methoden.

4. Een PLC-dataprotocol instellen

PLC's vereisen specifieke protocollen om data te verzamelen. Deze protocollen omvatten de variabelen die verzameld moeten worden en waar die variabelen resideren.

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

5. Variabelen en tags configureren

Op dit punt is de data gedefinieerd en de connectiviteit getest. Variabelen kunnen toegevoegd worden voor elke PLC, en tags kunnen aanduiden hoe elke variabele gelogd wordt. Tags kunnen tijd-gebaseerd zijn om actie te triggeren zoals nodig, en ze kunnen ook gebaseerd zijn op conditiewijziging op machine-niveau. Ze kunnen ook getriggerd worden gebaseerd op informatie geleverd aan hen via een MQTT-broker van een andere PLC.

6. PLC-dashboards aanmaken

MachineMetrics biedt rijke visualisatie en dynamische, real-time dashboards. Out-of-the-box productiedisplays kunnen real-time of historisch zijn en zichtbaarheid bieden in de belangrijkste metrics van een plant.

Het MachineMetrics-platform omvat ook de mogelijkheid voor operator-contextualisatie en directe invoer op machine-niveau. Veel MachineMetrics-apps kunnen geconfigureerd en gecustomiseerd worden out-of-the-box om een maatgeschreven ervaring in weinig tijd te leveren.

7. Real-time monitoring en proactieve alerts

Er is geen substitutie voor real-time monitoring door een cloud-gebaseerd IoT-platform. Data ontvangen van PLC's en andere apparaten wordt geanalyseerd en inzichten worden geleverd, wat proactieve alerts biedt. Deze kunnen machine-stops aangeven, nadende problemen, gebrek aan materiaal, en meer. Omdat deze alerts gebaseerd zijn op de huidige machinestatus, kunnen operators en technici snel handelen om downtime en verspilling te verminderen. Managers hebben ook toegang tot data die de real-time status van de productievloer weerspiegelt.

Meerdere apparaten verbinden met een enkele Cloud

Een adapter installeren

IIoT-platforms kunnen data van veel apparaten tegelijkertijd aan. Maar hoe krijgt u data van verschillende apparaten die verschillende protocollen gebruiken? Een voorbeeld zou het gebruik van een cloud-adapter zoals Raspberry PI zijn.

Raspberry PI is een kleine creditcard-computer die in een behuizingkast gestoken kan worden en geprogrammeerd om als een cloud-adapter te fungeren om communicatieprotocollen van meerdere PC's te accepteren. Zijn kleine grootte, laag vermogen en eenvoud van programmeren helpen de kloof te overbruggen tussen PLC's en IIoT-cloud-gebaseerde platforms.

Houd in gedachten: Een oplossing zoals dit zal ongelooflijk resource-intensief zijn om handmatig te bouwen en te onderhouden. Dit is waarom het automatiseren van connectiviteit en dataverzameling over alle apparatuur zo belangrijk is. Het selecteren van de juiste machinedataverzamelingsoplossing creëert een fundament voor continue verbetering waar niet alleen hele teams op kunnen vertrouwen, maar ook alle andere productiesystemen, van CMMS tot ERP.

Lokale data verzamelen

Eenmaal de cloud-adapter geïnstalleerd, moet elke PLC die een ander protocol gebruikt verbonden worden met de web-interface van de cloud service provider. Elk IIoT-commercieel platform zal een web-interface bieden via internettoegang. OPC UA is een populaire standaard omdat het goed werkt met apparaten die PLC's met proprietaire protocollen ondersteunen.

OPC UA wordt vaker gebruikt dan OPC DA omdat OPC DA minder veilig is, geen alarmgeneratie toestaat, en alleen omgaat met real-time data. In tegenstelling, staat OPC UA toegang toe tot historische databronnen en de mogelijkheid om alarmes in te stellen en te triggeren.

Data visualisatie ontwerpen

Eenmaal lokale dataverzameling ingeschakeld is, kunnen PLC-variabelen aan de dashboards toegevoegd worden. Eenmaal toegevoegd, zullen ze verschijnen op beschikbare visualisatie-apparaten zoals HMI's en zullen meegenomen worden in data geanalyseerd gaandeweg.

MachineMetrics gebruiken om PLC-data te verzamelen en te analyseren

PLC-naar-cloud communicatie is een vitaal deel van wat IIoT in staat stelt waarde te leveren. MachineMetrics biedt een krachtige, flexibele, agile cloud-oplossing om PLC-data om te zetten in actionable insights die procescontrole verbeteren, kosten verlagen en efficiëntie verhogen. Verbinden eenvoudig machines, sensoren en PLC's om waardevolle productiedata te extraheren zodat mensen en systemen betere, snelere beslissingen kunnen nemen.

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

Plug-and-Play machinedataverzameling

Boek een demo