MÔ HÌNH PYRIOT M2C KẾT NỐI TỪ THIẾT BỊ ĐẾN CLOUD
Gateway xử lý dữ liệu
Pyriot M2C là dịch vụ kết nối dữ liệu từ thiết bị đến cloud và tạo điều kiện cho người dùng sử dụng dữ liệu hiệu quả nhất. Trong đó, phần quan trọng là lấy được dữ liệu từ vô vàn thể loại máy móc khác nhau, với những giao thức chuyên biệt.
Thiết bị điển hình chúng tôi sử dụng là một IoT gateway, cho phép kết nối đa dạng giao thức và tạo dòng dữ liệu (dataflow) đến cloud.
Trong môi trường công nghiệp, thiết bị cần thu thập thường là PLC, cảm biến, thiết bị quy trình, van, …. Chúng sử dụng các giao thức thông dựng như Modbus, BACnet, CC-Link hay OPC-UA.
Trong nông nghiệp hay nhà máy có không gian lớn, người ta có thể sử dụng thiết bị không dây để lấy dữ liệu và truyền tải không dây trên nền LoRA-WAN, Zigbee, Bluetooth, Wifi hay RF tần số thấp. Giao thức MQTT thường được ứng dụng để giữ kết nối tốt hơn.
Với hệ thống thông tin, dữ liệu nằm trong các máy tính cá nhân, server, hệ SCADA hay SQL sẽ sử dụng các giao thức truyền file như FTP, HTTP(s), REST hay SNMP, trên nền đường truyền TCP/IP hoặc UDP.
Kết nối điển hình
Ngoài cung cấp thông tin, các mô hình dưới đây cũng là những dự án chúng tôi đã thực hiện. Mô hình thu thập tập trung vào số hóa dữ liệu trong nhà máy, bắt đầu với mô hình kết nối 1 máy đơn giản.
1. Mô hình 1 thiết bị và SCADA
Mô hình kết nối đơn giản, trong đó dữ liệu nằm ở một vài máy và trong cơ sở dữ liệu SQL của SCADA. Gateway có nhiệm vụ kết nối với 2 nguồn thông tin này qua các giao thức Modbus hoặc OPC-UA và HTTP(s), đọc dữ liệu cần thiết và đóng gói gửi lên cloud.
Kết nối từ Gateway và Cloud thông qua giao thức MQTT trên đường truyền Ethernet hoặc wifi. Với những khu vực xa hoặc kết nối mạng không đảm bảo thì Gateway có cung cấp khả năng kết nối 4G.
Mô hình thường áp dung cho nhà máy nhỏ, hoặc một dây chuyền quan trọng.
2. Mô hình đa thiết bị và máy tích hợp
Mô hình này gồm nhiều thiết bị cần giám sát, thu thập hơn, thường là một dây chuyền. Với Modbus, số lượng thiết bị có thể lên đến 255, còn với OPC-UA có thể đến hàng triệu. Ngoài ra, Pyriot M2C còn cho phép tùy biến với dạng module tích hợp trực tiếp trong máy (Pyriot Convert Module) Tự thân module cũng hoạt động như một mini-gateway có thể giao tiếp với cloud.
Thông tin được đẩy lên cloud qua giao thức MQTT với sự hỗ trợ của một MQTT Broker, xem thêm một số dịch vụ MQTT (như EMQ X broker hay Mosquito). Cloud được thiết lập một máy chủ web/app để hiển thị thông tin thiết bị qua một giao diện web, kèm theo chức năng phân tích hoặc điều khiển.
3. Mô hình đa dây chuyền, đa vị trí
Thường áp dụng cho cả một khu vực hoặc nhà máy với nhiều dây chuyền kết nối với cloud, kèm theo những máy tích hợp. Đôi khi mô hình này thể hiện sự kết nối dữ liệu từ nhiều vị trí khác nhau của hệ thống, không nằm chung trong một không gian địa lý nào.
Mô hình này ngoài thể hiện tính tiện lợi khi kết nối cloud từ nhiều vị trí, còn thể hiện tính đa nhiệm. Dữ liệu không chỉ được dùng để hiển thị, còn có thể đóng gói thành API và chia sẻ đến các ứng dụng khác như ERP/CRM hay MES.
Bản thân hệ thống này cũng có thể xem như một Cloud MES nếu có tích hợp những chức năng vận hành sản xuất vào hệ cloud kia.
4. Mô hình tiết kiệm băng thông
Với những yêu cầu chặt về dữ liệu, hệ thống phải thu thập một với tần suất cao (vài lần một giây), nên nếu mỗi thiết bị cùng gửi thông tin thì băng thông mặng sẽ bị trễ rất nhiều. Do đó, lựa chọn của mô hình này là chỉ dùng 1 Gateway để truyền dữ liệu, còn lại các gateway hay thiết bị khác sẽ dồn những gói dữ liệu về trạm chính này.
Dữ liệu không chỉ truyền liên tục mà có thể lưu lại theo chu kỳ trong bộ nhớ của Gateway và truyền đi sau một khoảng thời gian. Như vậy sẽ tối ưu được băng thông. Ngoài ra, hệ thống cloud hoặc tại gateway sẽ có thêm giải thuật để đồng bộ những dữ liệu chuỗi thời gian này (time-series).
Mô hình này còn cho phép tính toán thực hiện trên gateway, như cảnh báo sự kiện bất thường, thống kê dữ liệu, …. Một thuật ngữ chuyên dụng mô tả hoạt động này là Điện toán biên (Edge Computing)
Đối với ứng dụng nông nghiệp hay lâm nghiệp có không gian rộng lớn, kết nối giữa các gateway bằng dây (ethernet) sẽ tốn kém vật tư và cả chi phí lắp đặt. Giải pháp mô hình kết nối không dây của các gateway sẽ đáp ứng nhu cầu này, thông qua giao thức IoT thông dụng như LoRA, Zigbee hay RF.
Với khoảng cách tối đa đến 12km (face-to-face connection), mạng LoRA cho phép truyền tải dữ liệu đi rất xa, ứng dụng nhiều trong các khu vực hẻo lánh, băng thông mạng bị hạn chế. Do đó, tính toán tối ưu băng thông là rất cần thiết.
5. Mô hình cho tập đoàn và nhà máy lớn
Hình bên dưới mô tả mô hình kết nối trong hệ thống được quản lý mạng chặt chẽ, thường là tập đoàn hoặc công ty đa quốc gia có đơn vị IT chuyên nghiệp.
Lớp mạng OT sử dụng trong nhà máy để kết nối các dây chuyền với nhau. Mỗi dây chuyền được thu gom dữ liệu qua một gateway phụ, và tất cả đổ dồn về 1 gateway lớn của nhà máy. Ở đây sẽ thiết lập một tường lửa cùng các máy ảo để bảo mật và phân lớp hệ thống mạng.
Không như các mô hình trên kết nối trực tiếp đến cloud, dữ liệu sau khi đi qua gateway sẽ đi qua vùng kiểm soát của bộ phận IT. Do đó cần phải mở port ở tường lửa và cho phép proxy chuyển tiếp dữ liệu trên port và đích đến phù hợp.
Với mô hình này, dữ liệu không chỉ đưa đến cloud mà còn có thể chuyển tiếp qua trung tâm dữ liệu của công ty để lưu trữ. Các dịch vụ cloud thường sẽ cung cấp nhiều hơn là lưu trữ, như phân tích, học máy (AI), giao diện điều khiển, phân luồng,…
