Công nghiệp 4.0 : Tiêu chuẩn mở cho Tự động hoá công nghiệp

Các công nghệ nâng cao và các dịch vụ phần mềm cũng đang mở ra các lựa chọn mới cho tự động hóa công nghiệp. Các tùy chọn hệ thống mở tiếp tục xuất hiện từ các nhà cung cấp và nhóm tiêu chuẩn phi truyền thống, và đây là xu hướng mà tôi mong đợi sẽ tăng tốc và cho phép khả năng tương tác đa điểm ở tất cả các cấp của kiến trúc hệ thống. Hơn nữa, điều này sẽ đơn giản hóa việc tích hợp, mở rộng số lượng tùy chọn có sẵn cho các ứng dụng và làm cho các ứng dụng có thể di động – không cần lao động có kỹ thuật cao về lập trình – trên các nền tảng của nhà cung cấp. Điều này cũng tạo điều kiện để cho 2 nhóm OT-IT có thể bước lại gần nhau nhanh hơn trong tương lai.

Và hiện tại đang có một số nền tảng mã nguồn mở hấp dẫn của Công nghiệp 4.0 / Sản xuất thông minh đang nổi lên, đang tận dụng kiến thức và công nghệ từ ngành công nghiệp điện toán và IoT nói chung.

Dưới đây là danh sách một số mã nguồn mở, tiêu chuẩn mở mà bạn cần phải quan tâm đến vì tương lai có thể sẽ rất thịnh hành :

MTConnect

Tiêu chuẩn MTConnect (ANSI / MTC1.4-2018) cung cấp framework để sản xuất thiết bị cung cấp dữ liệu có cấu trúc, được ngữ cảnh hóa mà không có định dạng độc quyền. Viện MTConnect là tổ chức phát triển tiêu chuẩn phi lợi nhuận 501 (c) (6) cho tiêu chuẩn MTConnect (ANSI / MTC1.4-20. Thành viên của họ bao gồm hơn 400 công ty và tổ chức nghiên cứu trong lĩnh vực sản xuất rời rạc bao gồm ô tô , hàng không vũ trụ, y tế và các ngành công nghiệp khác cũng như các nhà phát triển phần mềm, nhà tích hợp hệ thống và các tổ chức nghiên cứu hỗ trợ các ngành đó. Tư cách thành viên là miễn phí và mở cho bất kỳ ai có cổ phần trong MTConnect.

https://youtu.be/O7tJ2onbkjQ

OPC Foundation

OPC Foundation tiếp tục bổ sung các mô hình và lược đồ ngữ nghĩa OPC UA từ các tổ chức trong ngành để nâng cao tiêu chuẩn toàn cầu về khả năng tương tác. OPC UA đang trở thành một cỗ máy quan trọng đối với máy móc và cơ chế tích hợp CNTT / OT. OPC UA là một khuôn khổ cho khả năng tương tác công nghiệp dựa trên các mô hình dữ liệu cung cấp định nghĩa cú pháp về thông tin có thể được giao tiếp với hầu hết mọi phương thức truyền thông, bao gồm các giao thức công nghiệp hiện đại, Ethernet, mạng di động và không dây. Các nhà sản xuất thiết bị và máy móc mô tả thông tin hướng đối tượng của hệ thống của họ và cũng xác định quyền truy cập với bảo mật công nghệ thông tin (CNTT) tích hợp.

https://youtu.be/-tDGzwsBokY

Eclipse Foundation

Các tiêu chuẩn mở của Tổ chức Eclipse Foundation cho Công nghiệp 4.0 được thiết kế để cho phép các giải pháp có thể tương tác, mô-đun và độc lập với nhà cung cấp. Các tiêu chuẩn liên quan sau được hỗ trợ thông qua các dự án nguồn mở khác nhau:

OPC UA – Eclipse Milo là một triển khai đầy đủ của OPC UA.
MQTT – Eclipse Paho và Eclipse Mosquitto cung cấp một ứng dụng client và broker triển khai MQTT
Giao thức quản lý hiệu suất sản xuất (PPMP) là một đặc tả trọng tải để thu thập dữ liệu
yêu cầu phân tích hoạt động của cơ sở sản xuất.
oneM2M – oneM2M là tiêu chuẩn lớp dịch vụ xác định các chức năng dịch vụ phổ biến có thể
được chia sẻ bởi các ứng dụng, cổng và thiết bị. oneM2M bao gồm hoạt động tương tác được xác định với các tiêu chuẩn như OSGi, DDS, OPC UA và Modbus để dữ liệu công nghiệp có thể được tổng hợp và hiển thị cho các ứng dụng một cách thống nhất.
Eclipse 4diac cung cấp các công cụ phát triển và thời gian chạy để tạo hệ thống điều khiển cho PLC dựa trên IEC 61499. 4diac cũng tích hợp OPC UA và MQTT vào PLC để dễ dàng kết nối PLC.
IoT Gateway Eclipse Kura cung cấp một khuôn khổ điện toán biên Java / OSGi di động để xây dựng các Cổng IoT có thể được triển khai vào các giải pháp Công nghiệp 4.0. Kura hỗ trợ nhiều loại giao thức fieldbus bao gồm OPC UA, Siemens S7 và Modbus. Eclipse Kura cũng có công cụ lập trình luồng dữ liệu dạng mô-đun và trực quan được gọi là Wires. Wires cho phép xác định các đường ống thu thập và xử lý dữ liệu ở rìa bằng cách chỉ cần chọn các thành phần từ bảng màu và nối chúng lại với nhau.
Digital Twin Eclipse Ditto là một khuôn khổ để tạo và quản lý các cặp song sinh kỹ thuật số. Ditto tiết lộ một API dựa trên tài nguyên thống nhất có thể được sử dụng để tương tác với các thiết bị, trừu tượng hóa sự phức tạp của các loại thiết bị khác nhau và cách chúng được kết nối. Nó giúp cấu trúc các thiết bị thành các khía cạnh chức năng riêng biệt của chúng và có thể tùy chọn thực thi các kiểu dữ liệu và xác thực dữ liệu dựa trên mô hình meta thiết bị chính thức, dựa trên Eclipse Vorto.

https://youtu.be/3bYpE7K2x60

EdgeX Foundry

Linux Foundation’s EdgeX Foundry là một dự án mã nguồn mở, trung lập với nhà cung cấp, cung cấp một khuôn khổ mở chung cho điện toán biên Internet of Things (IoT) và một hệ sinh thái gồm các thành phần có thể tương tác nhằm thống nhất thị trường và tăng tốc cho doanh nghiệp và IoT công nghiệp.

Dự án được liên kết xung quanh một mục tiêu chung: đơn giản hóa và tiêu chuẩn hóa điện toán biên IoT công nghiệp, trong khi vẫn cho phép hệ sinh thái tăng thêm giá trị đáng kể. EdgeX Foundry tận dụng các nguyên tắc riêng của đám mây, bao gồm các dịch vụ vi mô và nền tảng độc lập, nhưng được kiến trúc để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của thế giới IoT.

Điều này bao gồm việc cung cấp cả giao thức kết nối dựa trên IP và phi IP, bảo mật và quản lý hệ thống cho các nút máy tính phân tán rộng rãi và mở rộng quy mô cho các thiết bị bị hạn chế cao.

EdgeX Foundry đã trải qua quá trình cải tiến nhanh chóng như được minh họa bằng việc giảm yêu cầu tài nguyên máy tính từ yêu cầu bộ nhớ ban đầu từ 2,5 GB đến 128 MB phù hợp để nhúng vào cảm biến và thiết bị điều khiển.

https://youtu.be/CcCxn_p_Oto

Apache PLC4X

Apache PLC4X được thành lập trên thị trường cùng với Apache Kafka. Đây cũng “chỉ bao gồm một phân khúc” lớn hơn so với Kafka, được sử dụng trong bất kỳ ngành nào cho nhiều case studies khác nhau. Tuy nhiên, PLC4X là một dự án Apache cấp cao rất thú vị cho ngành công nghiệp tự động hóa. Mục tiêu PLC4X là mở ra các giao diện PLC từ thế giới IIoT ra thế giới bên ngoài. PCL4X cho phép tích hợp dọc và viết phần mềm độc lập với PLC bằng các bộ điều hợp giống JDBC cho các giao thức khác nhau như Siemens S7, Modbus, Allen Bradley, Beckhoff ADS, OPC-UA, Emerson, Profinet, BACnet, Ethernet. PLC4X cung cấp đầu nối Kafka Connect. Do đó, bạn có thể tận dụng các lợi ích của Apache Kafka (tính sẵn sàng cao, thông lượng cao, độ tin cậy khả năng mở rộng cao, xử lý thời gian thực) để triển khai các đường ống tích hợp PLC4X. Với điều này, bạn có thể xây dựng một kiến trúc và cơ sở hạ tầng duy nhất :

Kết nối IIoT kế thừa sử dụng PLC4X và Kafka Connect
Xử lý dữ liệu bằng Kafka Streams / KSQL
tích hợp với phần còn lại của doanh nghiệp bằng Kafka Connect và bất kỳ hệ thống nào khác (cơ sở dữ liệu, phân tích dữ liệu lớn, Máy học , ERP, CRM, Cloud Service, ứng dụng kinh doanh tùy chỉnh, v.v.)

Vì Kafka tách các nhà sản xuất khỏi người tiêu dùng, bạn có thể sử dụng dữ liệu cảm biến máy IIoT từ bất kỳ ứng dụng nào – một số có thể là thời gian thực, một số có thể là hàng loạt và một số có thể là giao tiếp đáp ứng yêu cầu cho tương tác của con người thao tác trên web hoặc ứng dụng di động . Các Protocol Apache PLC4X hiện nay hỗ trợ bao gồm :

AB-ETH
ADS/AMS
BACnet/IP
DeltaV
DF1
EtherNet/IP
Firmata
KNXnet/IP
Modbus (TCP/Serial)
OPC UA
S7 (Step7)