Pretože z internetu vecí prichádza nová prílivová vlna údajov, všetci by chceli vedieť, akú rolu budú hrať existujúce systémy ako SCADA. SCADA pomohol mnohým priemyselným odvetviam vrátane výroby monitorovať a riadiť procesy a priemyselné aplikácie, čo malo za následok zníženie prevádzkových nákladov a zvýšenie efektivity. S rastúcim technologickým pokrokom sa však podniky obávajú zvyšovania nákladov a zmien infraštruktúry, ktoré predstavuje implementácia novej technológie.

SCADA – vtedy a teraz

Najskôr sa pozrime na krátku ukážku fungovania SCADA. Ide o systém typu end-to-end, ktorý prijíma údaje z inteligentných elektrických zariadení (angl. Intelligent Electrical Devices, IED) alebo z jednotiek vzdialeného terminálu (angl. Remote Terminal Unit, RTU), do ktorých sú pripojené snímače prostredníctvom komunikačnej siete. Systém potom analyzuje tieto údaje a odosiela príkazy späť do procesu, pričom jednotlivé aplikácie SCADA často pracujú súčasne. V začiatkoch sa systém používal na riadenie a monitorovanie procesov prostredníctvom nákladných a pomalých počítačov, ktoré pôvodne položili základ technológiám na zaznamenávanie údajov. Zavedením pokročilých grafických používateľských rozhraní (angl. Graphical User Interface, GUI) a množstva konfiguračných nástrojov sa stali efektívnejšími a presnejšími. Dnes sa SCADA používa v takmer všetkých priemyselných odvetviach.

Koniec SCADA?

Dobrou správou je, že SCADA si našiel v priemysle svoje miesto a internet vecí je ďalšou fázou inteligentnej výroby, ktorá vylepšuje SCADA tým, že je inteligentnejší a rýchlejší. IoT dopĺňa SCADA tým, že rozširuje niektoré z existujúcich funkcií, ako je zber údajov v reálnom čase či upozornenia na anomálie a poruchy stroja. Systémy SCADA odvádzajú skvelú prácu pri monitorovaní a riadení technologických procesov, ktoré existujú v priemyselnom svete, ale IoT dokáže spracovať údaje a odhaliť v nich skryté informácie a poznatky.

S rastúcim počtom pripojených zariadení sa podstatne zvýšila potreba zhromažďovania a analýzy množstva údajov. Priemyselné podniky začali pozorovať rastúcu potrebu schopnosti pracovať s inými systémami pri vyššej transparentnosti informácií, aby si udržali náskok pred konkurenciou a znížili prevádzkové náklady. V súčasnosti mnoho nezávislých dodávateľov softvéru poskytuje IoT platformu, ktorá je hardvérovo agnostická a ako zdroj údajov používa SCADA a ďalšie tradičné priemyselné systémy, pričom bezpečnosť a dozor nad procesmi nie sú ohrozené, ale obohatené o existujúcu infraštruktúru. Vďaka otvoreným a bezpečným možnostiam prepojenia, ako sú AMQP, MQTT, REST a OPC UA Pub/Sub, tvoria takto zlúčenú architektúru IoT. Zatiaľ čo SCADA sa zameriava na kontrolu a monitorovanie strojov, IoT sa zameriava na analýzu údajov o strojoch s cieľom zvýšiť efektivitu, ktorá má priamy dosah na hospodársky výsledok spoločnosti.

Rozdiely medzi SCADA a priemyselným IoT

Priemyselný internet vecí zohráva dôležitú úlohu pri zlepšovaní funkcií vzdialeného monitorovania a riadenia. Zatiaľ čo väčšina podnikov už na to implementovala systémy SCADA, priemyselný internet vecí postupne vylepší a nahradí jeho funkcie. Ako sa líši SCADA od priemyselného IoT?

Prepojiteľnosť systémov

Vzniká akútna potreba nasadenia systému, ktorý informačne zjednotí existujúce systémy, čím sa vytvorí jednotná informačná báza komplexných výrobných informácií. V prípade niektorých SCADA, aj keď sú vyrobené rovnakým výrobcom, môže byť po čase ťažké vzájomne ich prepojiť, pretože jednotlivé modely sa neustále vyvíjajú a líšia sa od predošlých. Primárnym cieľom zavedenia IIoT je uľahčenie komunikácie medzi rôznymi zariadeniami. Platformy priemyselného IIoT nie sú závislé od modelu či výrobcu. Väčšina používa štandardné protokoly, ako je MQTT, na uľahčenie neobmedzenej komunikácie v rámci všetkých zariadení v systéme.

Prevádzkové náklady

Na ukladanie zväčšujúceho sa počtu údajov do systému SCADA budú podniky znášať nevyhnutné náklady na nové servery. Navyše používatelia SCADA musia počítať s nákladmi na rôzne licencie pre nové služby alebo prípadné aktualizácie systému obsahujúce doplnkové vlastnosti. Priemyselný internet vecí môže výrazne zmierniť náklady na hardvér a softvér v podniku a zároveň odstraňuje nutnosť fyzického aktualizovania softvéru alebo ukladania licencií, pretože IIoT využíva cloudové služby.

Pohľad na údaje

Používanie systémov SCADA prináša nedostatky v analýze a interpretácii údajov, pretože na to neboli primárne určené. Informácie neprinášajú používateľom prehľad o prevádzke, ktorý je dôležitý v procese plánovania a rozhodovania. V tejto oblasti IIoT dopĺňa nedostatky SCADA. Konsoliduje a zhromažďuje údaje z niekoľkých výrobných aj obchodných nástrojov a následne analyzuje množstvo údajov, čím zvyšuje efektívnosť a predchádza potenciálnym problémom.

Škálovateľnosť

V SCADA existujú nástroje, ktoré poskytujú dôležité informácie, ale mnoho z nich sa nepoužíva, pretože vyžadujú doplňujúce režijné náklady. S rastúcim počtom používateľov by sa tiež mohla znížiť prenosová rýchlosť, ktorá spôsobuje obavy o bezpečnosť. IIoT má schopnosť zbierať a spracúvať veľké objemy údajov a zároveň umožňuje používateľom jednoduché pripojenie ďalších zariadení. Všetky tieto údaje sa odošlú do cloudu a sprístupnia sa pomocou prihlasovacích údajov a možno ich prezerať z ktoréhokoľvek miesta na svete prostredníctvom HMI.

Open-Source platformy IoT

IoT platformy sa považujú za najvýznamnejšiu zložku ekosystému IoT. Akékoľvek zariadenie IoT umožňuje pripojenie k iným zariadeniam a aplikáciám IoT na odovzdávanie informácií pomocou štandardných internetových protokolov. Platformy IoT vypĺňajú tzv. medzeru medzi snímačmi a dátovými sieťami.

Mnoho spoločností vyhľadáva hotové platformy s otvoreným zdrojovým kódom a snaží sa nájsť najlepšie nástroje internetu vecí, ktoré môžu poskytnúť citlivú analýzu a schopnosť pracovať s inými systémami. Pozrime sa na stručný prehľad najznámejších platforiem a nástrojov IoT, ktoré by vám mohli pomôcť rozvíjať zavedenie IoT.

Device Hive je považovaný za jednu z najpopulárnejších platforiem na vývoj aplikácií založených na IoT. Je to komunikačný rámec typu machine-to-machine (M2M), ktorý poskytuje nástroje IoT na komunikáciu a správu inteligentných zariadení. Ponúka cloudové API, ktoré umožňuje diaľkové ovládanie a eliminuje potrebu ďalšej konfigurácie siete. Dodáva sa s množstvom užitočných online zdrojov, ako sú protokoly a knižnice s predpripravenými algoritmami, ktoré môžete bezplatne použiť na prispôsobenie a integráciu svojich riešení. Medzi jeho hlavné oblasti použitia patria technológie inteligentných domov, bezpečnosť, priemyselná automatizácia a úlohy spojené s ovládaním snímačov.

ThingsBoard je open-source IoT platforma na zber, spracovanie, vizualizáciu a manažment údajov a zariadení. Tento nástroj ponúka pripojenie zariadení prostredníctvom štandardných protokolov IoT – MQTT, CoAP a HTTP – a podporuje cloudové a lokálne nasadenie. Platforma ThingsBoard je škálovateľná, odolná voči chybám a poskytuje dostatočný výkon na monitorovanie a zber údajov zo zariadení na ďalšie spracovanie. Poskytuje gateway server, ktorý komunikuje s pripojenými zariadeniami v mimoriadne bezpečnom prostredí. ThingsBoard má intuitívne ovládanie, transformuje a normalizuje vstupy zo zariadení a poskytuje funkciu alarmov, ktorá generuje upozornenia. Navyše umožňuje vytvárať pokročilé informačné obrazovky a vizualizácie.

DeviceHub sa považuje za jeden z najdôležitejších open-source nástrojov internetu vecí. DeviceHub.net ponúka cloudové riešenie na sledovanie, monitorovanie a kontrolu zariadení. Zozbierané údaje sú prístupné priamo z webovej stránky a v reálnom čase, preto sa najčastejšie používa v prípadoch, v ktorých má okamžitý a neobmedzený prístup k údajom najvyššiu prioritu.

Zetta je open-source platforma založená na Node.js na vytváranie IoT serverov, ktoré bežia na geograficky distribuovaných počítačoch a cloudoch. Zetta kombinuje REST API, WebSockets a reaktívne programovanie – ideálne na spojenie mnohých zariadení do údajovo náročných aplikácií v reálnom čase. Môže bežať na cloude, PC alebo dokonca jednoduchých vývojových doskách. Ponúka jednoduché a prehľadné rozhranie a potrebné programovanie na ovládanie snímačov, akčných členov a regulátorov.

OpenRemote je od protokolu nezávislý middleware nástroj, ktorý sa zameriava na automatizáciu domácnosti, inteligentné budovy, správu majetku, inteligenté mestá a zdravotnú starostlivosť. Prekonáva integračné výzvy, spája protokoly a riešenia používané v rámci internetu vecí a funguje na štandardnom hardvéri. OpenRemote ponúka rozhrania dostupné pre iOS, Android a zariadenia využívajúce webové prehliadače.

Keďže je internet vecí nesmierne rozmanitým a živým prostredím, v ktorom môžete rozvíjať svoje podnikanie, neexistujú žiadne štandardné riešenia, ktoré by vyhovovali každému. Zatiaľ čo vyššie uvedené nástroje IoT s otvoreným zdrojovým kódom predstavujú potenciálne možnosti prakticky pre každý inteligentný systém, treba mať na pamäti, že niektoré môžu v určitých prostrediach fungovať úspešne, iné však nemusia zodpovedať rozsahu alebo prípadu použitia.

Dôvod, prečo je softvér s otvoreným zdrojom taký úspešný, je ten, že poskytuje používateľom flexibilitu pri výbere technológie, ktorá najlepšie vyhovuje ich potrebám bez toho, aby bol viazaný na riešenie konkrétneho dodávateľa. Bezlicenčná a bezplatná forma softvéru s otvoreným zdrojovým kódom znižuje kapitálové náklady na vytváranie nových riešení.

ThingsBoard v bratislavskej Cvernovke

Cvernovka, bývalá továreň na výrobu nití sídliaca v Bratislave, oslovila technologicky kreatívny IT Startup MAKERS, s. r. o., ktorý sa venuje návrhu, implementácii a údržbe komplexných riešení internetu vecí, aby v priestoroch Cvernovky monitoroval spotrebu energií. Cieľom bol monitoring spotreby energií a vody na účely rozpočítania a fakturácie nákladov za energie na nájomcov. Súčasťou projektu bola aj požiadavka sledovania kritických stavov inštalovaných zariadení a udalostí s vplyvom na odber energií (napr. pokuty pri prekročení rezervovanej kapacity). Oslovená firma komplexne zastrešila projekt, od návrhu celého komplexného riešenia cez výber a inštaláciu hardvérových zariadení, prispôsobenie platformy až po kalkuláciu rozpočítania nákladov a nastavenia notifikácií o kritických stavoch. V dodanom riešení vidí zákazník merania a spotrebu energií naprieč všetkými nájomcami a spoločnými priestormi s ich následným rozpočítavaním a môže ovládať vybrané technológie (napr. vzduchotechnika). V neposlednom rade je možné rozšírenie riešenia o nové technológie či funkcie vzhľadom na veľký potenciál budovy.

Otvorená platforma Thingsboard poskytuje výbornú škálu funkčností na pripojenie a správu zariadení cez rôzne protokoly, ako aj prispôsobenie rozhrania pre používateľov. Je pripravená na veľký tok údajov, reakcie na prichádzajúce údaje v reálnom čase a optimálne ukladanie historických dát. V danom riešení sa použila táto platforma ako základ riešenia, pričom bola rozšírená o vlastné komponenty výpočtu a ukladania energetických atribútov a vylepšilo sa používateľské rozhranie.

Dlhodobý prínos

Digitalizácia mení spôsob fungovania výrobných spoločností, ale SCADA bude stále užitočný z hľadiska zhromažďovania a monitorovania každodenných operácií podniku alebo procesu. IoT povyšuje možnosti systémov SCADA a pomáha podnikom ukladať nekonečné množstvo historických údajov v cloude na dôkladnú analýzu, ktorá prináša skryté informácie na riešenie dlho nevyriešených problémov. Po porovnaní a vyhodnotení dvoch tém diskutovaných v článku je zrejmé, že využitie výhod IIoT by bolo z dlhodobého hľadiska prínosom.

Za poskytnuté informácie ďakujeme Petrovi Verešovi z MAKERS, s. r. o., ktorý pôsobil pri riešení projektu v Cvernovke ako projektový manažér.

Zdroje

[1] SCADA vs IoT: the Role of SCADA Systems in Manufacturing´s Industry 4.0. iconics. [online]. Publikované 18. 8. 2017. Citované 7. 10. 2020. Dostupné na: https://www.iconics-uk.com/scada-vs-iot-role-scada-systems-manufacturings-industry-40.

[2] Industrial IoT vs SCADA: Which is More Powerful? BizIntellia. [online]. Citované 7. 10. 2020. Dostupné na: https://www.biz4intellia.com/blog/industrial-iot-vs-scada-which-is-more-powerful/.

[3] 12 Open Source Internet of Things (IoT) Platforms and Tools. Geekflare. [online]. Publikované 21. 8. 2020. Citované 7. 10. 2020. Dostupné na: https://geekflare.com/iot-platform-tools/.

[4] 10 Open-Source Tools for the Internet of Things. AVSystem. [online]. Publikované 7. 11. 2019. Citované 7. 10. 2020. Dostupné na: https://www.avsystem.com/blog/10-open-source-iot-tools/.