Thách thức về nhà máy thông minh

Việc khai thác dữ liệu đang chuyển đổi bộ mặt của Nhà máy thông minh. Bởi tự động hóa nhà máy sẽ được liên tưởng đến việc sản xuất ra những sản phẩm một cách nhanh hơn, thông minh hơn và hiệu quả hơn, mở ra tiềm năng lớn về việc khai thác và sử dụng dữ liệu, là động lực đằng sau quá trình chuyển đổi tự động của nhà máy trong một thời gian.

Thay đổi nổi bật nhất là sự phát triển của truyền thông máy-máy (M2M) và truyền thông giữa các hệ thống.Truyền thông M2M đẩy mạnh quá trình tự động hóa một cách đáng kể khi giao tiếp điểm – điểm giữa phần cứng, nhưng phải mất 1 backseat nhằm truyền thông giữa các hệ thống khi dữ liệu được truyền từ các cảm biến và thiết bị đến đám mây lưu trữ. Do đó, thiết lập các kết nối giữa các hệ thống con trong hạ tầng mạng sẽ cho biết thêm các đường dẫn truyền thông và các nền tảng mạng, sẽ làm hệ thống phức tạp hơn và nhiều thách thức mới.
Giới thiệu
Trong khi thảo luận về IIoTs và những hứa hẹn của IIoTs về việc tối ưu hóa chi phí, hoạt động liên tục đều mang một cơ hội cho những nhà quản trị biết nắm bắt. Đó là các nhà tích hợp hệ thống, những người phải vật lộn với thực tế của việc tìm ra cách các nền tảng khác nhau trong một mạng có thể giao tiếp với nhau. Có 1 điều đáng quan tâm là sự hỗn hợp các giao thức trong ba lĩnh vực khác nhau của mạng là: OT, IT và IIoTs.
Mỗi domain bao gồm những cài đặt về giao thức riêng tạo ra các silos tương ứng, làm cho người dùng khó tiếp cận được những dữ liệu cần thiết trên cấp độ doanh nghiệp, từ đó không thể đưa ra quyết định trong việc xử lý vấn đề.
Các vấn đề trở nên phức tạp hơn bởi trên thực tế cả OT và IT đều không “quen” với những giao thức được sử dụng trong mỗi domain cụ thể. Xu hướng này phải được xử lý nhanh bởi khi IIoTs xâm nhập vào thị trường tự động hóa thì OT và IT phải  “đồng nhất”.
Có một tin rất tốt là có các giải pháp có sẵn để làm cầu nối cho các vấn đề này thông qua một loạt các giao thức chuyển đổi. Bài viết này cung cấp một cái nhìn gần gũi về những thách thức mà các nhà tích hợp hệ thống về các tương tác OT-to-OT, OT-to-IT và OT-to-IIoT cũng như các giải pháp có sẵn nhằm đảm bảo tính kết nối liên tục giữa các mạng.
Tương tác OT-to-OT
Truyền thông OT-to-OT  trong nhà máy không còn đơn giản như trước đây nữa. Đây là điều cơ bản của IIoT, mang lại cho các thiết bị cảm biến và máy móc trên Internet với một quy mô lớn. Những kiểu truyền thông này sẽ không trở nên đơn giản hơn bởi các thiết bị được kết nối đến IoT dự kiến tăng sẽ 15% vào năm 2017 và đạt con số 20 tỷ thiết bị – theo báo cáo mới nhất từ thị trường HIS. Việc các kết nối tăng vọt ảnh hưởng đến nhà máy sản xuất theo cách lớn đến nỗi sự truyền thông của M2M đã phát triển thành các giao tiếp giữa các hệ thống con hoạt động khác nhau để hoàn thành việc thu thập và phân tích dữ liệu. Tuy nhiên, vấn đề là các hệ thống không đồng nhất thuộc về OT, như các hệ thống quản lý sản xuất (MES), hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) và các máy móc và cảm biến trên sàn nhà máy , tất cả đều chạy các giao thức riêng; Do đó, vấn đề tuổi thọ và một loạt các chuyển đổi giao thức được yêu cầu.

Một ví dụ điển hình về sự truyền thông hiệu quả giữa các hệ thống OT khác nhau trong hoạt động của nhà máy là việc hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) đồng bộ với hệ thống sản xuất. Khi khối lượng công việc của người lao động tăng lên, nó sẽ cảnh báo người đầu tiên bắt đầu đảm bảo sản xuất sẽ không bị gián đoạn bởi nhiệt độ quá nóng hoặc đóng băng.

Hỗn hợp các giao thức
Sự phức tạp ngày càng tăng của các quy trình hoạt động mang lại nhiều hệ thống không đồng nhất hơn vào phương trình. Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều thiết bị và giao thức hơn. Việc thiết lập và cài đặt đòi hỏi nhiều thời gian hơn để lên kế hoạch cho kiến trúc và thực hiện vận hành thiết bị. Đối với các nhà tích hợp, điều đó cũng có nghĩa là việc họ sẽ tiết kiệm thời gian và chi phí. Họ không muốn sử dụng nhiều thời gian để thiết lập và cấu hình thiết bị hoặc chuyển đổi giao thức. Tuy nhiên, Không phải là hiếm khi họ dành nhiều giờ để truyền thông và lập trình khắc phục sự cố khi sử dụng các module truyền thông hoặc các PLC nhỏ. Vì vậy, các nhà tích hợp muốn một cách dễ dàng để đơn giản hóa các chuyển đổi giao thức để họ có thể dành thời gian hạn chế cho các nhiệm vụ cốt lõi của mình, chẳng hạn như lập trình.
Giải pháp
Ngày càng nhiều các nhà lập trình viên tận dụng các Gateway giao thức công nghiệp để thực hiện cấu hình một lượng lớn thiết bị và chuyển đổi giao thức giữa các thiết bị khác nhau nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động không bị gián đoạn. Ví dụ, trong phòng điện, việc kết nối một số lượng lớn các đồng hồ đo đếm Modbus RTU đến mạng Modbus TCP thường mất rất nhiều thời gian do cấu hình định tuyến slave. Một giải pháp tiện lợi bao gồm các chức năng định tuyến phát hiện tự động các lệnh từ hệ thống SCADA và thiết lập bảng định tuyến slave. Với chỉ một click chuột, việc cấu hình có thể được hoàn thành trong vòng 1 phút. Thêm vào đó, các ready – to – run protocal gateway được hỗ trợ nhiều giao thức công nghiệp được sử dụng trong OT (như PROFINET, PROFIBUS, Ethernet/IP và Modbus) đơn giản hóa các quá trình chuyển đồi giao thức, kết quả là sẽ tiết kiệm được thời gian và chi phí.
Tương tác OT- to – IT

Sự hợp tác chặt chẽ giữa các chuyên gia IT và OT là nền tảng để thúc đẩy bất kỳ nền tảng ứng dụng thông minh IoT nào. Mặc dù các phương pháp tiếp cận của OT và IT đối với giải quyết vấn đề khác nhau rất nhiều, cả hai đều làm việc theo cùng một mục tiêu: sản xuất tối ưu. Để thành công, cả hai lĩnh vực cần truy cập dữ liệu công nghiệp.Bộ phận IT giám sát việc lập kế hoạch tài nguyên doanh nghiệp (ERP) và đôi khi là MES, cần phải xem lại dữ liệu này để hình thành bức tranh lớn hơn và sau đó phát triển các giải pháp cho từng vấn đề cản trở sự tin cậy của hoạt động.

Các chuyên gia OT có liên quan chặt chẽ hơn với các hoạt động vật lý trên sàn nhà máy và phải tìm ra làm thế nào để tất cả các hệ thống khác nhau, được trang bị các công nghệ độc quyền khác nhau có thể làm việc cùng nhau. Mặt khác, xu hướng tích cực trong thời đại công nghiệp 4.0 là việc nhân viên OT ngày càng nhận thức được tầm quan trọng và sự tiện lợi của công nghệ thông tin vì nó giúp họ đạt được mục tiêu của mình.

Thách thức 1: Sự phân chia lớn

Bộ phận IT phải đối mặt với nhu cầu ngày càng tăng để thu thập dữ liệu từ các cửa hàng nhằm tối ưu hóa sản xuất. Đối với nhân viên IT, đây không phải là một nhiệm vụ dễ dàng vì họ không quen thuộc với quá trình thu thập dữ liệu thông qua các giao thức công nghiệp. Đồng thời, các nhân viên OT cũng phải đối mặt với tình huống tương tự khi họ đã chuyển dữ liệu OT sang lớp IT, các bộ phận IT thường yêu cầu các giao diện mà họ không quen làm việc. Điều này có thể có khả năng gây ra một cuộc đấu tranh quyền lực giữa các lĩnh vực trên giao diện và các giao thức. Trong thời đại công nghiệp 4.0, bất kỳ tổ chức nào cũng quan tâm đến việc giữ cho các domain của OT và IT riêng rẽ; Do đó, loại bỏ khoảng cách kiến thức giữa các chuyên gia IT và OT và sắp xếp chúng chặt chẽ hơn xứng đáng nhận được sự chú ý không phân biệt của các nhà quản lý hoạt động.

Giải pháp

Một thiết bị tích hợp đa giao thức sẽ làm cho công việc của các nhà tích hợp dễ dàng hơn. Ví dụ, một thiết bị smart I/O hỗ trợ các giao thức khác nhau như Modbus / TCP và EtherNet / IP cho các kỹ sư IA, SNMP và RESTful API cho các kỹ sư IT-cho phép truyền thông với các giao diện khác nhau, điều này chắc chắn là một bước đi đúng hướng để thu hẹp khoảng cách giữa OT và IT. Giải pháp này giúp các kỹ sư CNTT và tự động hóa công nghiệp có thể thu thập dữ liệu từ cùng một thiết bị I / O một cách dễ dàng.

Thách thức 2: Cái nhìn về tương lai

OT và IT là 2 phạm trù rất khác nhau nên việc giám sát đồng thời cũng sẽ khá khó khăn – ngay cả trong trường hợp khẩn cấp. Điều này làm tăng thêm sự “thất vọng” cho các nhà khai thác mạng vì việc khắc phục sự cố trở nên vô nghĩa khi chúng gặp phải thời gian chết. Tất nhiên, tình huống này không thể được chấp nhận vì nhận thức tình huống là rất quan trọng đối với các nhà khai thác mạng để đảm bảo sản xuất liên tục và ngăn ngừa các tình huống bất thường. Đảm bảo khả năng hiển thị liên tục của tất cả các thiết bị mạng và trạng thái của mạng trong phòng điều khiển sẽ luôn là ưu tiên hàng đầu. Tuy nhiên, để nắm bắt các sự kiện bất thường và sau đó giải thích thông tin về các sự kiện này được nhận thức trong thời gian thực là khá thách thức do sự phức tạp của các giao thức và mạng.

Giải pháp

Đối với các dây chuyền sản xuất sử dụng các giao thức OT, các thiết bị chuyển mạch Ethernet hỗ trợ các giao thức PROFINET, Modbus TCP và EtherNet / IP cho phép các kỹ sư đồng thời xem dữ liệu và trạng thái mạng tại một vị trí trung tâm trên một hệ thống SCADA hoặc trên một HMI cục bộ. Nếu một giao thức công nghiệp bị lỗi, switch sẽ ra một cảnh báo và PLC sẽ gửi một báo động để khắc phục tình trạng trên ngay lập tức. Sử dụng chuyên môn và độ nhạy của tầng IT có thể tăng tốc độ xử lý sự cố, giảm thời gian chết của hệ thống và tăng cường nhận thức về tình huống.

Tương tác OT-to-IIoT

Sự hợp tác chặt chẽ giữa các chuyên gia IT và OT là nền tảng để thúc đẩy bất kỳ nền tảng ứng dụng thông minh IoT nào. Mặc dù các phương pháp tiếp cận của OT và IT đối với giải quyết vấn đề khác nhau rất nhiều, cả hai đều làm việc theo cùng một mục tiêu: sản xuất tối ưu. Để thành công, cả hai lĩnh vực cần truy cập dữ liệu công nghiệp.Sự bổ sung mới này vào mô tả công việc đưa ra cho các kỹ sư OT một thách thức mới bởi họ sẽ tập trung vào việc lập trình làm tăng giá trị cho lĩnh vực cụ thể thay vì các nhiệm vụ truyền thông.

Tốc độ

Các kỹ sư OT thường thiếu kiến thức IT. Chính vì vậy,việc gửi dữ liệu từ các thiết bị cấp trường đến đám mây có thể tốn nhiều thời gian. Trong cuộc đua kết nối vào IIoT,thách thức lớn nhất chính là việc cắt giảm thời gian nhằm thiết lập và cấu hình các kết nối mạng giữa các thiết bị trường đến đám mây.

Giải pháp

Để “tiết kiệm” cho các kỹ sư về công tác lập trình và giảm thời gian và chi phí, một nền tảng máy tính nhúng hỗ trợ các giao diện linh hoạt, cùng với một bộ phần mềm kết hợp một công cụ Modbus và các kết nối đám mây đã sẵn sàng sử dụng như AWS, cho phép tích hợp nhanh giữa các thiết bị trong Lĩnh vực và các ứng dụng cần thiết cho IIoT. Hơn nữa, đối với những người muốn áp dụng OPC UA để thống nhất các giao diện tự động hoá, một giải pháp phần mềm có sẵn cung cấp cả một máy chủ OPC UA cũng như khả năng kết nối đám mây. Cái hay của giải pháp này là nó không đòi hỏi thêm chi phí để thực hiện kiến trúc bổ sung cho kết nối đám mây.