Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Mobilność kontekstowa – nowy porządek w działających systemach SCADA

-- wtorek, 14 listopad 2017

W artykule opisano wpływ technologii IIoT na opartą o systemy SCADA mobilność pracowników działających w terenie, w szczególności w branży przetwórstwa ropy i gazu.

Fizyczne i materialne zasoby, eksploatowane przez przemysł ropy i gazu, są rozproszone geograficznie. Na przykład źródła ropy naftowej, dostarczanej jako surowiec dla zakładów produkcyjnych, są w większości przypadków bardzo odległe. Ponadto stacje pomp, rozmieszczone wzdłuż rurociągów lub stacje kompresorowe rozmieszczone wzdłuż gazociągów, są rozproszone na wielokilometrowych dystansach. 

Biorąc pod uwagę te wyzwania, pracownicy mobilni przemysłu ropy i gazu wykorzystują informatyczne systemy sterowania procesami i akwizycji danych (ang. supervisory control and data acquisition, SCADA) do agregacji danych i zarządzania informacjami związanymi z odległymi zasobami. Takie podejście pozwala na redukcję koniecznych do przebycia kilometrów i przyczynia się do poprawy dokładności gromadzonych danych. 

Pakiety oprogramowania SCADA zarządzają realizowanymi procesami technologicznymi i produkcją, wykorzystując czujniki zainstalowane na obiektach, sterowniki PLC, elementy wykonawcze oraz inne urządzenia i przyrządy. Ulepszona łączność w systemach SCADA i redukcja kosztów są wynikiem ciągłego postępu technologicznego w konstrukcji czujników, technik łączności oraz w analityce danych. Wiele nowości w tych obszarach identyfikowanych jest jako element rozwoju i implementacji Przemysłowego Internetu Rzeczy (ang. Industrial Internet of

Things, IIoT).

Niskie ceny oferowanych na rynku czujników, przystosowanych do pracy w trudnych warunkach powodują, że są one instalowane w coraz większych ilościach w systemach przemysłowych, jednak oznacza to także więcej danych przesyłanych do tabletów, smartfonów oraz innych urządzeń mobilnych, posiadających dostęp do systemów SCADA. Jednak dane te same w sobie nie stanowią użytecznej wiedzy, zanim nie zostaną odpowiednio przetworzone, zanalizowane – nie uzyskają kontekstu. Czego zatem w świecie technologii IIoT potrzebują pracownicy i personel kierowniczy, aby dokładnie zrozumieć operacje, za które są codziennie odpowiedzialni?  

Potrzebują oni tzw. mobilności kontekstowej. Dostarczanie informacji do ich urządzeń mobilnych musi być filtrowane na podstawie profili i lokalizacji użytkowników tak, aby właściwe informacje zostały bezpiecznie przekazane właściwym osobom, znajdującym się w określonej lokalizacji oraz we właściwym czasie. Mobilność kontekstowa porządkuje informacje przedstawiane na ekranach interfejsów użytkowników, pozostawiając tylko te, które są im potrzebne, na podstawie ich roli. 

Duże znaczenie lokalizacji pracowników

Mobilność kontekstowa, jako termin lub koncepcja, osiągana jest przez coś, co można by nazwać kontekstowymi technologiami interfejsów człowiek maszyna (ang. human-machine interface, HMI). Na przykład zarządzanie informacjami dotyczącymi lokalizacji osób i zasobów daje istotny wkład do mobilności kontekstowej, przy wykorzystaniu standardowych funkcji geolokalizacji, które posiadają dostępne w handlu smartfony i tablety. Na zewnątrz budynków wystarczający jest moduł GPS, wbudowany w takie urządzenia mobilne. Wewnątrz budynków lub w przypadkach, gdy istnieje wiele poziomów dyskryminacji, wykorzystywane są zbliżeniowe usługi lokalizacji (ang. proximity services), wykorzystujące mikro-geotagi (ang. micro geo-tags).

Mikro-geotagi wykorzystują standard BLE (ang. Bluetooth low-energy, standard łączności bluetooth dla urządzeń o niskim poborze energii), tagi NFC (ang. near-field communications – komunikacji bliskiego zasięgu), kody QR oraz triangulację opartą na punktach dostępowych Wi-Fi. 

Aby wdrożyć mobilność kontekstową wymagany jest serwer aplikacji mobilnych oraz jego silnik kontekstowo-logiczny (ang. contextual-logic engine, CLE). CLE dostarcza treść na urządzenia mobilne, na podstawie profilu użytkownika i jego lokalizacji w danej strefie geo-zone. Działa to następująco. Aplikacja urządzenia mobilnego wykrywa pobliskie geotagi oraz sygnały GPS i raportuje je. Następnie serwer aplikacji mobilnych może śledzić ruchy właściciela urządzenia mobilnego i dostarczać na interfejs użytkownika odpowiednie informacje i elementy sterujące.

Przy poprawnie skonfigurowanym serwerze usług mobilnych, informacje i funkcje wymagane przez osobę zalogowaną na urządzeniu znajdującym się w określonej strefie geo-zone, są jej przekazywane automatycznie. Użytkownicy nie muszą nawigować wśród zminiaturyzowanych wersji informacji graficznych przedstawianych w sterowni, przeskalowanych w dół, aby mieściły się na ekranie smartfona czy tableta.

Chronologiczna archiwizacja lokalizacji urządzenia mobilnego posiada możliwości zwiększania bezpieczeństwa pracowników, zabezpieczania urządzeń przemysłowych przed dostępem osób niepowołanych oraz podniesienia efektywności pracy. Rozwiązanie SCADA PCVue firmy ARC Informatique może pomóc w sytuacjach awaryjnych, na przykład w ewakuacji ludzi z jakiegoś obszaru lub ostrzegać użytkowników wchodzących do obszarów niebezpiecznych. Ponadto może być wykorzystane do kontroli dostępu w określonych obszarach. Tam, gdzie zapisywanie ruchów pracowników przez urządzenia osobiste nie jest dozwolone, tak jak w przypadku pewnych układów zbiorowych pracy, funkcja archiwizująca serwera usług mobilnych jest wyłączona.

W takich i innych przypadkach system SCADA może kontynuować realizację swojej funkcji nadzoru, służąc jako punkt agregacji dla sterowania procesami oraz koordynacji pomiędzy produkcją, a zarządzaniem. Serwer usług mobilnych jest rozwiązaniem dynamicznego interfejsu użytkownika dla pracowników mobilnych używających SCADA. Wspiera on skoncentrowanie się pracownika na informacjach potrzebnych do realizacji prac, na podstawie jego określonej roli i ustalonej lokalizacji. 

Przykłady możliwości wykorzystania mobilności kontekstowej.

Rozważmy jak pracownicy mobilni mogą czerpać korzyści z mobilności kontekstowej. Na przykład pracownik działu utrzymania ruchu udaje się do stacji kompresorowej gazociągu, wyposażony w tablet z zainstalowaną aplikacją mobilności.

Pracownik ten przybywa na miejsce i loguje się do systemu. CLE pobiera dane dotyczące statusu sprzętu stacji i wysyła je na tablet tego pracownika. W naszym przykładzie wyobraźmy sobie, że w kompresorze nagle włącza się alarm. Urządzenie mobilne pokazuje status alarmu tego kompresora oraz status innego sprzętu na stacji, znajdującego się w strefie geo-zone pokrywającej stację.

Po zbliżeniu się do budynku mieszczącego kompresor pracownik używa smartfona do uzyskania dostępu do podstrefy geo-zone budynku. Po wejściu do tej podstrefy pracownik może uzyskać dostęp w czasie rzeczywistym do danych dotyczących sprzętu, w tym trendów zmienności parametrów w czasie. Gdy pracownik ten znajdzie się przy kompresorze, to na podstawie skanowania małego kodu QR uzyskuje dostęp do trzeciego zagnieżdżonego obszaru GeoFence (wirtualnego obszaru ograniczonego, umożliwiającego wykrywanie obiektów wchodzących i wychodzących) oraz dodatkowe informacje. Mogą to być zarówno historie konserwacji, dokumenty oraz procedury, jak i funkcje sterujące, umożliwiające wprowadzenie kompresora w tryb serwisowy, aby stłumić alarmy odnoszące się do napraw.

Gdy praca zostaje ukończona, pracownik aktualizuje log i wychodzi z budynku. Wszystkie związane z wykonanymi pracami funkcje i informacje znikają z telefonu, jak tylko fizycznie opuszcza on stację. 

Drugi z przykładów wykorzystania to operator terenowy w gazowni. Sprzęt w takim zakładzie zwykle zawiera małe interfejsy HMI, służące do wizualnego monitoringu statusu sprzętu. Przy wykorzystaniu mobilności kontekstowej te liczne interfejsy mogą już nie być konieczne. Zamiast nich, gdy operator zbliża się do jakiegoś urządzenia przemysłowego, odpowiedni interfejs HMI pojawia się na jego smartfonie lub tablecie. Jeśli urządzenie to wymaga regulacji, to odpowiednie funkcje i informacje stają się dostępne dla tego pracownika.

Podczas obchodów roboczych i inspekcji pracownik ten może za pomocą swojego urządzenia mobilnego notować bieżące wartości danych z urządzeń przemysłowych niepodłączonych do systemu oraz, na podstawie swojej lokalizacji, uzyskiwać dostęp do formularza, gotowego do wprowadzania danych on-line. 

Wpływ IIoT na tradycyjne systemy SCADA

Technologia IIoT oferuje możliwości integrowania tradycyjnego oprzyrządowania z projektami SCADA. Sieci IIoT upraszczają akwizycję danych, oferując alternatywne środki do realizacji tej integracji. Dane z czujników IIoT są inne nie tylko z powodu sposobu ich akwizycji, ale także ich stosowalności w świadomości sytuacyjnej SCADA.

Jako niezależny globalny dostawca platform oprogramowania SCADA od 30 lat, firma ARC Informatique - producent oprogramowania PCVue – obserwowała rozwój i ewolucję systemów SCADA, włączając do nich sieci wykorzystywane do akwizycji danych. Jej rozwiązania wspierają najnowsze architektury sieci do akwizycji danych strumieniowych z czujników IIoT oraz konsolidacji ich z danymi SCADA czasu rzeczywistego. Oznacza to dodanie strumieniowych źródeł danych (ang. data feeds) do hostów SCADA, które obecnie używają przewodowych, przemysłowych sieci IP, często w połączeniu z istniejącą szeregową transmisją danych.

W branży pojawiły się dwa modele podłączenia sieci LPWAN (ang. low-power, wide-area networks, sieci pokrywających duże obszary, zoptymalizowanych pod kątem niskiego zużycia energii) do czujników IIoT. W pierwszym z nich dostawcy oferują klientom kompletną infrastrukturę. Na przykład jeden z dostawców dostarcza klientom standardowy interfejs programowania aplikacji (API) do połączeń dowolnych czujników IoT (Internetu Rzeczy) lub IIoT w swoim środowisku, obejmującym maszty i serwery sieci komórkowej. Systemy te są zaprojektowane do niezbyt częstych aktualizacji, przy minimalnej ilości wymienianych danych. Za każdym razem, gdy ta infrastruktura jest użyta do akwizycji danych, pobierana jest pewna opłata. 

Inne podejście stosuje LoRa Alliance, otwarte stowarzyszenie typu non-profit, którego członkowie wspólnie pracują nad protokołem LoRa, zwanym LoRaWAN. To rozwiązanie bardzo atrakcyjne dla aplikacji SCADA, ponieważ nie jest infrastrukturą opracowaną “pod klucz”. Możliwe jest nabycie bram sieciowych LoRaWAN i połączenie tych bram z czujnikami IIoT, które będą wysyłać dane do serwerów sieciowych. Użytkownik (lub zewnętrzny dostawca usług) jest właścicielem tego sprzętu, a zatem i architektury danych oraz ponosi koszty związane z transmisją danych. Oznacza to, że dane SCADA nie muszą przepływać przez chmurę obliczeniową, ale mogą być zbierane i wykorzystywane w lokalnej fabryce lub stacji.

Na podstawie historii rozwoju omawianej w artykule gałęzi przemysłu można oczekiwać, że akwizycja danych z czujników IIoT w systemach SCADA zostanie zrealizowana na różne sposoby i jest bardzo prawdopodobne, że będzie się to odbywało równolegle. Taka wizja i podejście są spójne z tym, co wydarzyło się w poprzednich ewolucjach sieciowych i co powoduje, że dostawcy platform SCADA nadal posiadają i wspierają komunikację szeregową. W przypadku sieci IIoT będzie istniała pewna ilość danych na platformie Chmury. A zatem będzie konieczne zintegrowanie danych, pochodzących z czujników i przesłanych do Chmury, ze środowiskiem SCADA. W innych przypadkach, gdy prędkość przesyłu ma znaczenie, dane z czujników będą musiały być zbierane bez uprzedniego wysłania ich do Chmury. 

Wpływ IIoT na mobilne systemy SCADA

Biorąc pod uwagę łatwość dodania czujników IIoT do systemów SCADA, zwiększające się ilości danych zostaną zintegrowane z tymi systemami. Zjawisko to nadchodzi w czasie, gdy pracownicy stają się coraz bardziej mobilni i poszukują w swoich urządzeniach danych SCADA w czasie rzeczywistym.

Rozważmy np. monitoring urządzeń elektrycznych pracujących w gazowni. Coraz więcej takich urządzeń jest obecnie dostępnych, jako inteligentne urządzenia elektroniczne (ang. intelligent electronic devices, IED). Wykorzystywanie wielu tych nowych urządzeń IED oznacza znacznie większą ilość dostępnych danych z czujników.

Podsumowanie

Podczas gdy bardzo ważną i kluczową sprawą jest, aby zrozumieć zarówno obciążenie i działanie, jak i kondycję samego urządzenia IED, trzeba jednocześnie wiedzieć, że stwarza ono dodatkowe ryzyka. Jednym z nich jest to, że operatorzy będą ignorować te nowe dane, ale jeszcze większym ryzykiem jest możliwość przytłoczenia operatorów zbyt dużą ilością prezentowanych im danych, co spowoduje podejmowanie przez nich błędnych decyzji. Tak więc konieczne jest wsparcie operatorów w odnalezieniu użytecznych danych, które mogą wykorzystać do podejmowania świadomych decyzji. 

System SCADA jest tradycyjnie rozwiązaniem przeznaczonym dla pracowników sterowni. Nowoczesne sterownie wykorzystują wiele monitorów ekranowych do śledzenia różnych aspektów realizowanego procesu. Ponieważ operatorzy polegają bardziej na swoich urządzeniach mobilnych, to pojawia się “problem z wielkością ekranu”. Ze względu na znacznie mniejsze wymiary ekranów, ilość informacji z systemu SCADA, która może być wyświetlona na urządzeniach mobilnych, jest znacznie mniejsza niż w przypadku monitorów w sterowni. Co istotne, dzieje się to teraz, gdy zwiększa się ilość danych do wyświetlenia.

Połączenie zwiększonej ilości informacji, nadchodzących z czujników zainstalowanych w urządzeniach IIoT, z adoptowaniem urządzeń mobilnych, jako podstawowych interfejsów przemysłowych systemów SCADA i HMI, oznacza zarówno wyzwania jak i okazje do osiągnięcia korzyści. Współzawodniczące ze sobą priorytety obsługi większej ilości informacji i wykorzystania mniejszych wyświetlaczy, są diametralnie różne. W obecnym stanie projekty SCADA nie są dobrze dopasowane do tego rozwijającego się środowiska i potrzebne jest jakieś podejście alternatywne.

Aby nadać sens danym w nowoczesnych systemach SCADA i utrzymywać świadomość sytuacyjną operatorów konieczne jest, aby zmniejszyć i uczynić bardziej inteligentnym sposób, w jaki informacje z systemów SCADA są prezentowane użytkownikom. Niektórzy dostawcy przyjmują takie oto podejście do klientów: “po prostu wykorzystajcie nasz portal, aby pobrać z Chmury to, czego potrzebujecie”. Inni, podobnie jak autor tej publikacji uważają, że jest to nader uproszczone rozwiązanie. Niewiele ono pomaga użytkownikom w zrozumieniu danych z systemów SCADA i przełożeniu ich na świadomość sytuacyjną.

Lepszym podejściem jest model oparty na wykorzystaniu serwera usług mobilnych, wyposażonego w silnik kontekstowo-logiczny, który daje użytkownikom takie informacje i możliwości sterowania, aby mogli oni wykonać swoją pracę, gdy znajdują się na miejscu (w terenie) i są w lepszym położeniu (w porównaniu ze sterownią), aby wykorzystać te dane. 

Autor: Ed Nugent, dyrektor działu operacyjnego PcVUE Inc., amerykańskiego oddziału francuskiej firmy ARC Informatique.


Przeczytaj także

Rola systemów CNC i sterowników PLC w fabryce przyszłości
Wraz z rozwojem i zaawansowaniem automatyki produkcyjnej, przemysłowe sterowniki i systemy sterowania stają się coraz bardziej złożone, ale też bardziej efektywne; będzie to miało wpływ na zmianę... więcej »
Przemysł 4.0 na żywo w DECKEL MAHO Pfronten
Fabryka cyfrowa, integralne rozwiązania automatyzacji i doskonałość technologiczna – DMG MORI zaprezentuje pełen zakres kompetencji produkcyjnych podczas tradycyjnego wydarzenia DECKEL MAHO Pfronten... więcej »
Maksymalizowanie zwrotu z inwestycji za pomocą zintegrowanego podejścia do systemów sterowania
Nowoczesne programowalne sterowniki logiczne (PLC) łączą w sobie funkcje integracji i cyberbezpieczeństwa, a wykorzystanie standardu OPC UA w przetwarzaniu danych zapewnia większą wydajność produkcji... więcej »
Korzyści z zastosowania czujników magnetostrykcyjnych w turbinach wiatrowych
Magnetostrykcyjne liniowe czujniki położenia są przeznaczone do wykorzystania w zaawansowanym sterowaniu ruchem oraz przy współpracy z interfejsem CANopen. Stosuje się je w aplikacjach turbin... więcej »
2018: Odyseja informatyczna
Wszystko jest ze sobą połączone, a każdy element każdego przedmiotu ma na celu dostarczenie danych dla internetu rzeczy. Życie toczy się głównie z poziomu naszych telefonów. Coraz trudniej jest... więcej »
Toyota Motor Europe i Dassault Systèmes wspólnie pracują nad cyfrowym marketingiem nowej generacji
Firmy Dassault Systèmes i Toyota Motor Europe podpisały trzyletnią umowę, w ramach której będą pracować nad zoptymalizowaniem procesu cyfrowej produkcji. Celem współpracy jest stworzenie nowej... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

INDUSTRYmeeting 2018
2018-02-20 - 2018-02-21
Miejsce: Sosnowiec
Technovation Forum
2018-03-14 - 2018-03-15
Miejsce: Bydgoszcz
AUTOMATICON Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów
2018-03-20 - 2018-03-23
Miejsce: Warszawa
PRZEMYSŁ 4.0
2018-04-10 - 2018-04-10
Miejsce: Warszawa
Hannover Messe
2018-04-23 - 2018-04-27
Miejsce: Niemcy

Katalog

Turck sp. z o.o.
Turck sp. z o.o.
Wrocławska 115
45-836 Opole
tel. 77 443 48 00

zobacz wszystkie




SONDA


tak
nie
nie wiem


Wydania specjalne


Profesjonalne Tłumaczenia Techniczne
O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2018 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce