Azure endüstriyel IoT analiz kılavuzu

Bir dizi Microsoft iş ortağı, üzerinde kullanılabilen protokol ve kimlik çevirisi modülleri veya çözümleri Azure Market.

Bazı satıcı, Azure'a veri göndermek için birinci sınıf özellikler de sağlar.

Tarihiniz ile Azure IoT Hub arasında gerçek zamanlı veri akışı kurulduktan sonra, tarihinizin geçmiş verilerini dışarı aktararak IIoT analiz çözümünüze içeri aktarmanız önemlidir. Bunu nasıl başarma konusunda rehberlik için bkz. Geçmiş Veri Alımı.

Bulut ağ geçidi

Bulut ağ geçidi, cihazların ve alan ağ geçitlerin buluta güvenli bir şekilde bağlanması ve veri göndermesi için bir bulut hub'ı sağlar. Ayrıca cihaz yönetimi özellikleri de sağlar. Bulut ağ geçidi için aşağıdaki Azure IoT Hub. IoT Hub, cihazlardan ve ağ geçitlerinden olayları alan barındırılan bir IoT Edge hizmetidir. IoT Hub güvenli bağlantı, olay alımı, çift yönlü iletişim ve cihaz yönetimi sağlar. Bu IoT Hub Azure Industrial IoT bileşenleriyle bir araya geldiğinde, bulut tabanlı REST API'leri kullanarak endüstriyel cihazlarınızı kontrol edin.

IoT Hub aşağıdaki protokolleri destekler:

• MQTT 3.1.1,
• WebSockets üzerinden MQTT,
• AMQP 1.0,
• WebSockets üzerinden AMQP ve
• HTTPS.

Endüstriyel cihaz veya sistem bu protokollerden herhangi birini destekliyorsa verileri doğrudan IoT Hub. Çoğu endüstriyel ortamda, PCN güvenlik duvarları ve ağ güvenlik ilkeleri (ISA 95, ISA 99) nedeniyle bu izinilemez. Bu gibi durumlarda, Azure IoT Edge ağ geçidi, PCN ile İnternet arasında bir DMZ'ye yük olabilir.

Sonraki adımlar

Bu mimari için önerilen hizmetleri öğrenmek için IIoT analiz çözümünde Hizmetler ile seriyi okumaya devam edin.

Bu makale serisi, PaaS (Hizmet olarak platform) bileşenlerini kullanarak Azure'da endüstriyel IoT (IIoT) analiz çözümü için önerilen bir mimariyi gösterir. Endüstriyel IoT veya IIoT, üretim Nesnelerin İnterneti bir uygulamadır.

IIoT analiz çözümü, şunları sağlayan çeşitli uygulamalar oluşturmak için kullanılabilir:

• Varlık izleme
• Panoları işleme
• Genel ekipman etkinliği (OEE)
• Tahmine dayalı bakım
• Tahmin etme

Bu tür bir IIoT analiz çözümü, ayrık ve süreç üretim tesisleri içinde bulunan endüstriyel cihazlardan ve denetim sistemlerinden gelen gerçek zamanlı ve geçmiş verileri kullanır. Bunlar PLC'ler (Programlanabilir Logic Controller), endüstriyel ekipman, SCADA (Gözetmen Denetimi ve Veri Alımı) sistemleri, MES (Üretim Yürütme Sistemi) ve İşlem Aletleridir. Bu serinin kapsamına dahil olan mimari, tüm bu sistemlere bağlanmaya yönelik kılavuzlar içerir.

Modern bir IIoT analiz çözümü, mevcut endüstriyel süreçleri ve araçları buluta taşımanın ötesine geçmektedir. Operasyonlarınızı ve süreçlerinizi dönüştürmeyi, PaaS hizmetlerini kucaklamayı ve endüstriyel süreçleri iyileştirmek için makine öğrenmesi ile akıllı uç'ın gücüden yararlanarak bunu içerir.

Aşağıdaki listede, çözümü kimlerin kullanabileceği ve bu çözümü nasıl kullanabileceğinin bazı tipik kişiler yer almaktadır:

• Tesis Yöneticisi: üretim tesisinin tüm operasyon, üretim ve yönetim görevlerden sorumludur.
• Üretim Yöneticisi: Belirli sayıda bileşenin üretiminden sorumludur.
• Süreç Mühendisi: endüstriyel süreçleri tasarlamak, uygulamak, denetlemek ve iyileştirmeden sorumludur.
• Operations Manager: maliyet azaltma, işlem süresi, süreç geliştirme ve diğer süreçler açısından genel operasyon verimliliğinden sorumludur.
• Veri Bilimci: Geçmiş endüstriyel telemetri verileri kullanarak tahmine dayalı Machine Learning modellerin yapı ve eğitimlerinden sorumludur.

Aşağıdaki mimari diyagramında bir IIoT analiz çözümüne sahip temel alt sistemler yer almaktadır.

Mimari bir dizi alt sistemden ve hizmetlerden oluşur ve Azure Industrial IoT bileşenlerini kullanır. Kendi çözümünüz bu hizmetlerin hepsini kullanmayabilirsiniz veya ek hizmetleriniz olabilir. Bu mimari, uygun olduğunda alternatif hizmet seçeneklerini de listeler.

Endüstriyel sistemler ve cihazlar

İşlem üretimde endüstriyel ekipman (örneğin, akış monitörleri, pompalar, gibi) genellikle coğrafi olarak dağılır ve uzaktan izlenmesi gerekir. Uzak Terminal Birimleri (RTU'lar), uzak ekipmanları merkezi bir SCADA sistemine bağlama. RTUS, bağlantının aralıklı olduğu ve güvenilir bir sürekli güç kaynağı olmadığının olduğu koşullarda iyi çalışır.

Ayrık üretimde, endüstriyel ekipman (örneğin, fabrika robotları, taşıyıcı sistemler, gibi) BIR NDEP tarafından bağlanır ve denetlener. Modbus veya diğer endüstriyel protokoller gibi protokoller kullanılarak bir veya daha fazla PLC merkezi bir SCADA sistemine bağlanabilir.

Bazı durumlarda, SCADA sistemlerinden gelen veriler BIR MES'te veya bir İngiliz yazılımında (işlemsel veya operasyonel olarak da bilinir) iletildi ve merkezi hale getirildi. Bu tarihler genellikle IT denetimli ağlarda bulunur ve İnternet erişimine sahiptir.

Endüstriyel ekipman ve SCADA sistemleri sıklıkla bir veya daha fazla güvenlik duvarının arkasında, İnternet'e doğrudan erişime sahip bir kapalı İşlem Denetim Ağı (PCN) içinde yer almaktadır. Tarihler genellikle birden çok tesisten endüstriyel veriler içerir ve BIR PCN'nin dışında yer almaktadır. Bu nedenle, bir tarihe bağlanmak genellikle SCADA, MES veya ARTHUR'a bağlanmak yerine en az direnç yoludur. Bir yara yoksa, bir MES veya SCADA sistemine bağlanmak bir sonraki mantıksal seçenek olacaktır.

Tarih, MES veya SCADA sistemiyle bağlantı, o sistemde hangi protokollerin kullanılabilir olduğuna bağlıdır. Birçok sistem artık OPC UA gibi Sektör 4.0 standartlarını içerir. Eski sistemler yalnızca Modbus, ODBC veya SOAP gibi eski protokolleri destekleyebildi. Bu durumda büyük olasılıkla akıllı uç cihazında çalışan bir protokol çevirisi yazılımına ihtiyaç vardır.

Akıllı uç

Akıllı uç cihazları, cihazın kendi üzerinde veya bir alan ağ geçidi üzerinde bazı veri işlemleri gerçekleştirmektedir. Çoğu endüstriyel senaryoda, endüstriyel ekipmanların üzerine ek yazılım yük olamaz. Bu nedenle endüstriyel ekipmanları buluta bağlamak için bir alan ağ geçidi gereklidir.

Azure IoT Edge

Endüstriyel ekipman ve sistemleri buluta bağlamak için, için alan ağ geçidi olarak Azure IoT Edge kullanmanızı öneririz:

• Protokol ve kimlik çevirisi;
• Edge işleme ve analiz; '
• Ağ güvenlik ilkelerine bağlama (ISA 95, ISA 99).

Azure IoT Edge, desteklenen çeşitli donanım cihazlarında veya bir sanal makinede çalışan ücretsiz, Açık kaynaklı bir alan ağ geçidi yazılımıdır.

IoT Edge Edge iş yüklerini Docker kapsayıcı modülleri olarak çalıştırmanızı sağlar. Modüller, Python, Node.js, C#, Java ve C için sağlanan SDK 'lar ile çeşitli dillerde geliştirilebilir. Microsoft ve üçüncü taraf iş ortaklarından önceden oluşturulmuş Azure IoT Edge modülleri Azure IoT Edge Market'ten edinilebilir.

Gerçek zamanlı endüstriyel veriler, AMQP 1,0 veya MQTT 3.1.1 protokollerini kullanarak Azure IoT Hub Azure IoT Edge şifrelenir. IoT Edge, depolama ve iletme özellikleri sağlayan çevrimdışı veya aralıklı ağ koşullarında çalışabilir.

IoT Edge çalışma zamanının parçası olarak iki sistem modülü sağlanır.

• Edgeagent modülü, hangi modüllerin çalıştırılacağını bilmesi için buluttan kapsayıcı düzenleme belirtimini (bildirim) çekmekten sorumludur. Modül yapılandırması ikizi modülününbir parçası olarak sağlanır.
• Edgehub modülü, cihazdan Azure IoT Hub iletişimin yanı sıra modül içi iletişimin iletişimini de yönetir. İletiler, JSON yapılandırması kullanılarak bir modülden bir sonrakine yönlendirilir.

Azure IoT Edge otomatik dağıtımlar , yeni veya var olan cihazlar için bir veya daha fazla yapılandırma belirtmek üzere kullanılabilir. Bu, binlerce Azure IoT Edge cihazda dağıtım yapılandırması için tek bir konum sağlar.

IoT cihaz kataloğu Için Azure Sertifikalıbir çok sayıda üçüncü taraf IoT Edge ağ geçidi cihazı bulunabilir.

Ağ Geçidi desenleri

Cihazlarınızı bir IoT Edge alanı ağ geçidi (veya sanal makine) aracılığıyla Azure 'a bağlamak için üç desen vardır:

1. Saydam: Cihazların AMQP veya MQTT kullanarak IoT Hub ileti gönderme özelliği zaten var. İletileri doğrudan hub 'a göndermek yerine iletileri IoT Edge gönderir ve bu da IoT Hub ' e geçirir. Her cihazda Azure IoT Hub 'de bir kimlik ve cihaz ikizi vardır.

2. Protokol çevirisi: Donuk ağ geçidi stili olarak da bilinir. Bu model genellikle eski brownfield donanımını (örneğin, Modbus) Azure 'a bağlamak için kullanılır. Modüller, protokol dönüştürmeyi gerçekleştirmek için Azure IoT Edge dağıtılır. Cihazların ağ geçidine benzersiz bir tanımlayıcı sağlaması gerekir.

3. Kimlik çevirisi: Bu düzende, cihazlar doğrudan IoT Hub (örneğin, OPC UA pub/Sub, BLE cihazları) ile iletişim kuramaz. Ağ geçidi aşağı akış cihazları tarafından kullanılan protokolü anlayacak kadar akıllıdır, onlara kimlik sağlar ve IoT Hub basit öğelerini çevirir. Her cihazda Azure IoT Hub 'de bir kimlik ve cihaz ikizi vardır.

IIoT Analytics çözümünüzde Bu desenlerden herhangi birini kullanabilseniz de, tercih ettiğiniz protokol endüstriyel sistemlerinizde yüklü olacak. Örneğin, SCADA sisteminiz Ethernet/IP 'yi destekliyorsa, Ethernet/IP 'yi MQTT veya AMQP 'ye dönüştürmek için bir protokol çevirisi yazılımı kullanmanız gerekir. Ek rehberlik için bkz. Historians 'A bağlanma bölümü .

IoT Edge ağ geçitleri, Azure IoT Hub cihaz sağlama hizmeti (DPS)kullanılarak ölçeğe göre sağlanabilir. DPS, doğru IoT Hub 'a, Kullanıcı müdahalesi gerektirmeden, müşterilerin milyonlarca cihazı güvenli ve ölçeklenebilir bir şekilde sağlamasını sağlayan IoT Hub için bir yardımcı hizmettir.

OPC UA

OPC UA , OPC Classic (OPC da, AE, HDA) ' ın ardıllarıdır. OPC UA standardı, OPC Foundationtarafından korunur. Microsoft, 1996 tarihinden itibaren OPC Foundation 'ın bir üyesi ve 2016 ' den beri Azure 'da OPC UA 'yi destekliyordu.

Sektör ve etki alanına özgü Bilgi modelleri OPC UA veri modelitemel alınarak oluşturulabilir. Bu tür bilgi modellerinin (genellikle özel bir sektör sorununa yönelik olarak bilinen sektör standart modelleri de denir) belirtimleri, yardımcı belirtimlerdir. Bu tür sektör bilgileri modellerini Exchange için OPC UA altyapısının sinerjiden bahsederek denemelerini özelliği, Kullanılabilirlik düzeyinde birlikte çalışabilirliği sağlar. OPC UA, MQTT, AMQP ve UADP dahil olmak üzere bir dizi aktarım protokolünü kullanabilir.

Microsoft, kimlik çevirisi modelini uygulayan OPC UA 'yı temel alan açık kaynaklı Azure endüstriyel IoT bileşenleri geliştirmiştir:

• OPC ikizi , mikro hizmetlerden, bulut ve fabrika ağını bağlamak için bir Azure IoT Edge modülünden oluşur. OPC Ikizi, REST API 'Leri aracılığıyla endüstriyel cihazlara bulma, kayıt ve zaman uyumlu uzaktan denetim sağlar.
• opc Publisher , var olan opc ua sunucularına bağlanan ve opc ua pubsub biçimindeki opc ua sunucularından telemetri verilerini hem JSON hem de ikili dosya yayınladığında bir Azure IoT Edge modülüdür.
• OPC Kasası , buluttaki OPC UA sunucusu ve istemci uygulamaları için sertifika yaşam döngüsünü yapılandırabileceğiniz, kaydedebildiğiniz ve yönetebilen bir mikro hizmettir.
• Bulma hizmetleri , ağ taramasını ve OPC UA bulmayı destekleyen bir Azure IoT Edge modülüdür.

Microsoft Azure iıot çözümü, ııot analytics çözümünüz ile tümleştirebilmeniz için bir dizi hizmet, REST apı, dağıtım komut dosyası ve yapılandırma araçları da içerir. Bunlar açık kaynaktır ve GitHubkullanılabilir.

Edge iş yükleri

Kenarda özel veya üçüncü taraf modülleri çalıştırma özelliği önemlidir.

• acil durum hızını olabildiğince çabuk yanıtlamak istiyorsanız anomali algılama veya Machine Learning modülünü kenarda sıkı denetim döngülerine çalıştırabilirsiniz.
• Bant genişliği maliyetlerini azaltmak ve terabaytlarca ham verilerin aktarılmasını önlemek istiyorsanız, verileri yerel olarak temizleyebilir ve toplayabilir, ardından yalnızca analiz için buluta yalnızca Öngörüler gönderebilirsiniz.
• Eski endüstriyel protokolleri dönüştürmek istiyorsanız, özel bir modül geliştirebilir veya protokol çevirisi için üçüncü taraf bir modül satın alabilirsiniz.
• Fabrika katında bir olaya hızlı bir şekilde yanıt vermek istiyorsanız, bu olayı ve buna yanıt vermek için başka bir modülün bir kenar modülünü tespit edebilirsiniz.

Microsoft ve iş ortaklarımız, Azure Marketi 'nde IIoT Analytics çözümünüzde kullanılabilecek bir dizi uç modülü kullanıma sunuldu. Protokol ve kimlik çevirisi, bir IIoT Analytics çözümünde kullanılan en yaygın Edge iş yükleridir. gelecekte edge ML modellerini kullanarak kapalı döngü denetimi gibi diğer iş yüklerini görmeniz beklenir.

Hisler 'e bağlanma

Bir IIoT Analytics çözümü geliştirilirken ortak bir model, bir işlem histora 'ya bağlanmak ve gerçek zamanlı verileri hisden Azure IoT Hub akışa almak için kullanılır. Bu işlem tamamlandığında, hangi protokollerin yüklü ve erişilebilir olduğu (yani güvenlik duvarları tarafından engellenmeyen), hisde.