案例研究:如何扩展您的工业物联网项目

December 26, 2018 Brandon Lewis

在 “物联网” 出现之前,工业物联网系统的设计人员就面临着巨大的互操作性和连接性挑战。这些障碍包括将全新设备和传统设备集成到支持多种连接技术和解决不一致互联网访问问题的统一系统中。

以丹麦物流企业 Maersk Group 为例,该公司着手将其冷藏集装箱实现互联。其远程集装箱管理 (RCM) 解决方案的目标是监控从仓库到目的地的 250,000 个集装箱,并查看地理位置定位和内部温度等 140 个数据点。通过将此数据连接到基于云的仪表板,OEM 和客户能够避免意想不到的意外,如延迟装运或食物变质。

但是存在一个问题:集装箱控制单元采集自不同的供应商。即使是来自同一供应商的控制器也往往具有不同的通信接口或固件,因而,借助当时可用的解决方案无法实现统一的监控解决方案。

我们需要一种新的可以将来自不同控制器的数据标准化的方法,以便接入 RCM 后端。该解决方案还需要具有可扩展性,以支持现有集装箱设备和未来载入数千个新设备。

成功扩展到工业物联网:经验教训

Maersk RCM 解决方案需要一种可扩展软件解决方案,该解决方案与设备、数据和连接无关,并且还能够在整个平台架构中维护一致的数据流。多家制造商尝试使用现有技术组件满足 RCM 项目的需求,但在很大程度上未达到最终目标。

认识到其它组织的绊脚石之后,参与 Maersk RCM 计划两个骨干开发人员在完成项目的过程中学到了几个重要的经验教训,解决方案得以成功部署。这些经验教训包括:

  • 全方位试点—快速、重复试点是 Maersk Line RCM 之类的大规模工业物联网项目的一项要求。这些允许开发人员针对系统实施和业务案例的复杂性和可扩展性执行全面测试。
  • 通用设备支持—设备支持应尽可能通用,目的是在 RCM 项目级别实现规模化。这不但使得工业物联网可以跨许许多多的端点扩散,捕获尽可能多的数据,而且只需使用一个流程就可以从系统中的所有资产推动业务价值。
  • 捕获所有数据—由于数据可以带来新的潜在想法、应用和结果,因此应尽可能多地捕获数据。这在原型设计和实施阶段尤为重要,但应在工业物联网系统的整个生命周期中持续存在。这需要可以捕获多种不同格式数据的可扩展架构。
  • 事件发生频率与大小—小而繁多的事件影响工业物联网项目可能性比大但偶尔发生的事件大。因此,在构建业务案例时必须捕获尽可能多的数据,并衡量一段时间内事件发生的次数及各事件的影响。
  • 用户友好—非技术操作人员可以轻松、快速地学习和使用您的技术,这对于大规模采用至关重要。用户友好尤其适用于 RCM 解决方案,因为该技术通常部署于远程位置,而且现场人员没有网络、通信等方面的经验。即插即用型解决方案可最大程度减少错误并缩短平台部署时间,因而可以加快获得投资回报 (ROI)。

这些考虑事项帮助 Maersk 团队满足 RCM 产品系列的要求,包括能够将由不同供应商供货的成千上万个多元化控制器集成到一个统一的后端架构中、支持各种各样的连接技术和面向间或访问互联网的集装箱的解决方案。

Maersk Line RCM 面临的挑战在制造业、公共事业、石油和天然气以及商业建造等行业的大型物联网项目中普遍存在,也制定了很多最佳实践来解决这些挑战。这种认识催生了Omnio 及其即插即用型工业物联网载入解决方案。

连接各种控制器和数据模型

Omnio 物联网载入解决方案与 ABB、Danfoss、Schneider Electric 和 Siemens 等制造商的 10,000 多款终端设备模型连接,包括 PLC 等并非为云连接而设计的设备。广泛的设备支持使得能够将传统工业设备和现代工业物联网设备集成在一起,因此该解决方案可以实现大规模扩展。

为了从这些操作技术 (OT) 设备中提取数据,Omnio 软件与 Modbus、Profibus、DeviceNet、Ethernet/IP 和 Bacnet 等工业协议兼容。从这些协议收集输入数据后,平台将数据转换为 MQTT、OPC-UA 或 HTTPS 等物联网兼容格式,以便传送到本地边缘网关或云。

Omnio 网关软件的一个关键特性是标准化层。该标准化层可以将数据模型和描述符标准化,以便上传到客户的后端工业物联网监控平台(图 1)。例如,如果两个独立的控制器分别使用华氏度和摄氏度单位对温度进行分类,则 Omnio 标准化软件会将这些值转换为采用一致标签和单位的统一数据集。该标准化层的输出采用企业兼容格式,如 JSON 或 OPC-UA。

图 1. Omnio 网关软件中的数据规范化层对数据模型、描述符和标签进行标准化,并以企业兼容的格式输出这些信息。(资料来源:Omnio

Omnio 解决方案的另一个核心功能是能够从间或访问互联网的设备中捕获数据。在这里,Omnio 软件支持一种称为预调试的功能,该功能允许平台在连接很少或没有连接的区域开始提取控制器数据,从而保留关键的信息。

英特尔® 安全设备载入(英特尔® SDO)成就工业物联网的简单易用

由于物流、制造或石油和天然气的用户方人员可能不甚精通载入设备的技术,因此简单易用至关重要。为了降低集装箱控制器等载入设备的复杂程度,Omnio 依靠英特尔® 安全设备载入(英特尔® SDO)等技术。

英特尔 SDO 是一种与物联网平台无关的功能,其利用独特的英特尔® 增强隐私 ID(英特尔® EPID)和硬件安全措施来提供与云快速、安全连接的系统(图 2)。除了支持基于 Apollo Lake 微体系架构的英特尔® 奔腾®、英特尔® 赛扬® 和英特尔® 凌动® 处理器之外,英特尔 SDO 还可与越来越多的工业级处理器配合使用,为工业物联网边缘计算应用提供不同的性能水平。

图 2. 英特尔® 安全设备载入(英特尔® SDO)使用独特的硬件安全设备 ID,可通过物联网云平台快速载入基于 Apollo Lake 的系统。(资料来源:英特尔® 公司

持续可扩展性

与侧重于消费者的物联网不同,工业物联网架构必须支持几十个、几百个甚至成千上万个节点,并且其中很多节点是传统节点,采用的是多样化的连接技术和数据通信结构,可能还分布在广大地理区域中。工业物联网解决方案要求这些设备可以轻松投入使用、无缝集成它们的数据并快速实现价值和获得投资回报。

在 Maersk Line RCM 产品开发过程学到的经验教训使得 250,000 个集装箱能够连接到一个统一的监控平台,而不必使用兼容的固件和通信技术对每个控制器进行改造。由于 Omnio 软件输出标准化 IP 兼容数据包,因此来自集装箱控制器的信息可以在广大的区域内轻松传送以及传送到云。通过这种方式,无论有多少种终端设备,RCM 产品系列都能够实现大规模扩展,从而使  Maersk 在过去九年中能够将集装箱增加到 380,000 个。

现在,Omnio 等即插即用型载入解决方案可提供现成的、相同水平的集成、互操作性、可扩展性和快速上市时间。Omnio 平台已在支持最常见的设备类型和协议,不日将增加更多。

虽然没有任何两个工业物联网项目是完全一样的,但是按照上面概述的核心最佳做法进行仔细规划和开发,定能让工业市场中的组织获得最大程度的设备支持、数据捕获和易于使用的互连部署。这是您达到更高互操作性和可扩展性水平的发展蓝图。

作者简介

Brandon Lewis

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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