Industrial Internet of Things

Використання  технологій промислового Інтернету речей при побудові інтегрованих  автоматизованих систем керування харчових виробництв

state-of-iiot-01.jpg

З початком епохи Індустрії 4.0 сучасне виробництво потребує нових підходів побудови систем керування. Концепція промислового Інтернету речей (IIoT) дає можливість підключити активи підприємства до інфраструктури Інтернету з можливістю використання усіх доступних там сервісів та обчислювальних ресурсів. Це у свою чергу надає багато додаткових можливостей у порівнянні з класичною архітектурою систем керування, зокрема:

  • віддалений моніторинг стану та ретроспективних даних активів в режимі 24/7 з будь-якої точки землі

  • додаткові можливості оповіщення, наприклад через соціальні мережі або різноманітні месенжери

  • зберігання великих об'ємів даних з можливістю їх обробки

  • обробка даних в потоці з використанням різноманітних аналітичних сервісів

  • інтелектуальний аналіз даних з можливістю машинного навчання та використання навчених моделей для використання в підсистемах прийняття рішень

Для харчових виробництв є певні особливості щодо використання IIoT, що зумовлено невеликими масштабами підприємств, деяким обмеженням ресурсів та обчислювальної інфраструктури. Крім того відсутність можливості вкладення інвестицій в подібні інновації потребує поступовий розвиток інфраструктури IIoT з їх окупністю на ранніх стадіях.        

На кафедрі роботи в напрямку IoT розпочалися в 2018 році. Колективом викладачів (Олександр Пупена, Роман Міркевич) та аспірантів (Альона Шишак, Руслан Байдаєв) ведуться постійні роботи по розробці та вдосконаленню структурних та технологічних рішень по інтегруванню існуючих систем керування в інфраструктуру Інтернету. Зокрема було проведено ряд робіт та рішень, які наводяться нижче.

У якості структури системи IIoT пропонується використовувати рекомендовану IIC (Industrial Internet Consortium) трирівневу структуру Edge -> Platform -> Applications, з IoT Gateway на рівні Edge. У якості інструментального ПЗ для розробки IoT Gateway та застосунків на платформі пропонується використовувати середовище Node-RED. Для впровадження даного середовища в навчальний процес та для інтенсифікації його використання в наукових дослідженнях Олександром Пупеною створений довідник Node-RED та репозиторій, який постійно оновлюється новими матеріалами. Використання Node-RED в якості середовища розробки дає можливість спеціалістам з компетенціями автоматника реалізовувати IIoT рішення у свої проектах самостійно без задіяння спеціалістів IT.

Picture1.png

Для Gateway на виробництві пропонується використовувати міні-комп'ютери з архітектурою ARM.  Для наукових досліджень доречно використовувати бюджетні варіанти по типу Raspberry PI. Пророблено механізми інтегрування IoT Gateway з ПЛК, SCADA/HMI з одного боку, та з платформою та IT сервісами з іншого (MQTT, використання HTTP API).   

Встановлено, що при вибраному рішенні у якості платформи може бути використана як будь яка спеціалізована платформа так і хмарні сервіси загального користування. У процесі аналізу для дослідницької діяльності обрано платформи, які не потребують оплати, але достатні в обсязі невеликих проектів. Зокрема серед  доступних хмарних платформ обрано IBM Cloud (Bluemix), та його доступні в Lite версії сервіси: Node-RED Starter App, Cloudant (NoSQL DB на базі Couch DB), хмарне об'єктне сховище COS, IoT та різноманітні аналітичні сервіси. У якості готових рішень пропонується Ubidots та Kaa IoT які також мають безкоштовні ліцензії для обмеженого користування.

Для збору та аналізу даних в дослідницьких цілях та в готових рішеннях пропонується використовувати сервіси InfluxDB  та Grafana, для яких також є готові хмарні платформи, що мають в тому числі безкоштовну підписку для обмеженого користування. Активною діяльністю у напрямку використання цих продуктів на кафедрі займаються аспіранти Альона Шишак, Руслан Байдаєв а також магістрант Олексій Міркевич.

Перевірено ряд технологічних можливостей по інтегруванню з різноманітними застосунками через відкриті API, зокрема з сервісами Google та Telegram.  

Наразі ведуться активні роботи по впровадженню прототипів типових вузлів збору та інтегрування для об'єктів молочної промисловості та енергетичного моніторингу.

Розроблені рішення стали основою для нових курсів "Технології Індустрії 4.0" для магістрів, "Розробка та імітаційне моделювання Інтегрованих систем керування" для аспірантів. По результатам роботи написано ряд статей та методичних розробок а також виступи на різноманітних конференціях.