الغرض الأساسي من بوابة صناعية هو تمكين الأجهزة من أعمار مختلفة، وعلامات تجارية مختلفة، وبروتوكولات مختلفة من العمل معا في نظام واحد. لكن في صناعات مختلفة، يحل مشاكل محددة مختلفة.
تركز العديد من المشاريع فقط على ما إذا كانت الأجهزة قادرة على الاتصال بالإنترنت أثناء مرحلة التخطيط. لكن بعد النشر، يكتشفون أن عدم فهم الأجهزة لبعضها البعض هو أكبر عقبة. تم تصميم البوابة الصناعية لحل هذه المشكلة.
I. حل مشكلة عدم التوافق بين الأجهزة القديمة والجديدة
هذه هي القيمة الأساسية للبوابة الصناعية.
غالبا ما تتعايش أجهزة من عصور مختلفة في المصانع. تدعم الأجهزة الحديثة الإيثرنت والبروتوكولات القياسية، لكن الأجهزة التي عمرها عشر سنوات قد تحتوي فقط على منافذ RS232 التسلسلية وبروتوكولات خاصة. استبدال كل هذه المعدات القديمة سيكون مكلفا للغاية. تركهم دون أن يمس أي شيء يعني بقاء بياناتهم في جزر معزولة.
تحل البوابة الصناعية هذه المشكلة من خلال الاتصال بالمعدات القديمة عبر منافذ تسلسلية، وقراءة بيانات البروتوكول المملوكة، وتحويلها، وإخراجها في البروتوكولات القياسية. الأجهزة الجديدة والمنصات السحابية ترى بيانات موحدة وتكون غير مدركة تماما لوجود المعدات القديمة. تستمر المعدات القديمة في الخدمة، ويحصل النظام الجديد على بيانات كاملة.
في حالة حقيقية، كان لدى مصنع قطع غيار السيارات أكثر من ثلاثين آلة حقن تشكيل بأعمار وعلامات تجارية مختلفة. بعد نشر بوابات صناعية، تم جمع البيانات من هذه الآلات بشكل موحد ودمجها في نظام MES. حقق المصنع مراقبة تقدم الإنتاج في الوقت الحقيقي دون استبدال أي معدات قديمة.
II. حل مشكلة البروتوكولات غير المتسقة
حتى عندما تكون الأجهزة من عصور متشابهة، فإن البروتوكولات غير المتسقة ظاهرة شائعة. في عالم PLC، تستخدم سيمنز بروتوكول S7، وتستخدم ميتسوبيشي بروتوكول MC، وOmron تستخدم بروتوكول FINS، وروكويل تستخدم بروتوكول CIP. في عالم الأجهزة، تستخدم عدادات الكهرباء DL/T645، وعدادات المياه تستخدم CJ/T188، وأجهزة الاستشعار تستخدم Modbus. هذه البروتوكولات غير متوافقة مع بعضها البعض، ولا يمكن للأجهزة التواصل مباشرة.
تحتوي البوابات الصناعية على قدرات تحليل مدمجة لهذه البروتوكولات. كل ما عليك هو إخبار البوابة بالجهاز المتصل وما هو البروتوكول الذي تستخدمه، وستتولى البوابة تحويل البروتوكول تلقائيا. يتم إخراج البيانات المجمعة بصيغة موحدة، مثل MQTT أو OPC UA، والتي يمكن استخدامها مباشرة من قبل منصة السحابة أو نظام MES.
في إحدى محطات معالجة المياه، كانت هناك وحدات PLC وأجهزة ومحركات تردد متغير من خمسة موردين مختلفين. كانت تعمل في البداية بشكل مستقل، وكان على المشغلين التبديل بين عدة شاشات. بعد نشر بوابة صناعية، تم دمج جميع البيانات في شاشة مراقبة واحدة، مما حسن بشكل كبير من كفاءة التشغيل.『
ثالثا: حل مشكلة استجابة السحابة البطيئة
إرسال جميع البيانات الخام إلى السحابة للمعالجة غير ممكن في العديد من السيناريوهات. تخيل خط إنتاج عالي السرعة يحتاج إلى اكتشاف الشذوذات والاستجابة خلال أجزاء من الثانية. إذا اضطرت البيانات للانتقال إلى السحابة والعودة، فقد يكون التأخير مئات الميلي ثانية أو حتى الثواني. بحلول ذلك الوقت، كان خط الإنتاج سيواجه مشاكل بالفعل.
قدرة الحوسبة الطرفية في البوابات الصناعية تحل هذه المشكلة. تقوم البوابة بتشغيل منطق التحكم محليا ومعالجة البيانات في الوقت الحقيقي. فقط عندما تكون هناك حاجة إلى تخزين طويل الأمد أو تحليل عبر الأنظمة يتم إرسال البيانات إلى السحابة. هذا يضمن الاستجابة الفورية مع تقليل تكاليف حمل السحابة وعرض النطاق الترددي.
استخدم أحد خطوط التعبئة في الأصل حلا سحابيا لفحص الجودة. استغرق كل فحص للمنتج عدة مئات من الميلي ثانية، مما لم يكن قادرا على مواكبة سرعة الصف. بعد التحول إلى بوابة صناعية محلية للفحص، انخفض وقت الفحص لكل منتج إلى عشرات المللي ثانية، مما استوفى متطلبات الخط بالكامل.
IV. حل مشكلة صيغ البيانات الفوضوية
حتى عند استخدام نفس البروتوكول، قد تعبر الأجهزة المختلفة عن البيانات بطرق مختلفة تماما. بالنسبة لدرجة الحرارة، قد يستخدم جهاز واحد الدرجة المئوية بينما يستخدم جهاز آخر الفهرنهايت. بالنسبة لرموز الحالة، قد يستخدم جهاز أرقام بينما يستخدم جهاز آخر سلاسل إنجليزية. بالنسبة للطوابع الزمنية، قد يستخدم جهاز واحد طوابع زمنية يونكس بينما يستخدم جهاز آخر تنسيق سنة-شهر-يوم، ساعة-دقيقة-ثانية.
البوابة الصناعية مسؤولة عن حماية هذه الاختلافات. يمكنك تكوين البوابة لتحويل جميع بيانات درجة الحرارة إلى درجة مئوية، وربط جميع رموز الحالة بالترميزات القياسية، وتوحيد جميع الطوابع الزمنية في تنسيق واحد. يستقبل النظام في الطبقة العليا بيانات نظيفة ومتسقة ولا يحتاج إلى تنظيف وتحويل إضافي.
كان على شركة تصنيع متعددة الجنسيات واحدة تجميع بيانات الإنتاج من أكثر من اثني عشر مصنعا حول العالم إلى منصتها الرئيسية. كان لكل مصنع معدات وتنسيقات بيانات مختلفة. بعد نشر بوابة صناعية في كل مصنع، كانت البوابة مسؤولة عن تحويل البيانات المحلية إلى التنسيق الموحد الذي تتطلبه منصة المقر الرئيسي. تم تقليل وقت معالجة البيانات للمشروع بأكمله بحوالي سبعين بالمئة.
V. حل مشكلة الشبكات غير المستقرة في المناطق النائية
مثل أجهزة التوجيه الصناعية، تدعم البوابات الصناعية أيضا التخزين المؤقتة وإعادة النقل التلقائي. وهذا مهم جدا للسيناريوهات النائية مثل طاقة الرياح، والطاقة الكهروضوئية، والنفط والغاز، ومرافق المياه.
تقوم البوابة بكتابة البيانات المجمعة إلى التخزين المحلي أولا. عندما تكون الشبكة طبيعية، يتم رفعها في الوقت الحقيقي. عندما تنقطع الشبكة، يتم تخزينها محليا. عند استعادة الشبكة، تعاد إرسالها تلقائيا بالترتيب الزمني. حتى عندما تكون الشبكة متقطعة، لا تفقد أي بيانات.
كان لدى مزرعة الرياح عشرات التوربينات الهوائية، كل منها في موقع نائي. بعد نشر البوابات الصناعية، حتى عند حدوث أعطال في الشبكة، كانت بيانات التوربين تخزن محليا كما هي وتعاد إرسالها تلقائيا إلى مركز التحكم المركزي عند استعادة الشبكة، محققة عملا حقيقيا دون مراقبة.
السادس. الخاتمة
يمكن تلخيص استخدامات البوابة الصناعية في خمسة مجالات. أولا، ربط الأجهزة القديمة والجديدة، مما يسمح للمعدات القديمة بالاستمرار في الخدمة أثناء دمجها في أنظمة جديدة. ثانيا، توحيد بروتوكولات مختلفة، مما يمكن الأجهزة من مصنعين مختلفين من التواصل مع بعضها البعض. ثالثا، الحوسبة الحافية، معالجة البيانات محليا للاستجابة على مستوى الميلي ثانية. رابعا، تنظيف البيانات وتوحيد التنسيقات، وتقديم بيانات نظيفة ومتسقة إلى المنصات العليا. خامسا، التخزين المؤقت غير المتصل، لضمان عدم فقدان البيانات في بيئات الشبكة البعيدة وغير المستقرة. إذا كان مشروعك يتضمن عدة أجهزة، أو بروتوكولات متعددة، أو متطلبات تحكم في الوقت الحقيقي، أو مواقع بعيدة موزعة، فإن بوابة الصناعة هي الجهاز الأساسي لحل هذه المشكلات.
