Der Kernzweck eines industriellen Gateways ist es, Geräte unterschiedlichen Alters, unterschiedlicher Marken und unterschiedlicher Protokolle zu ermöglichen, in einem System zusammenzuarbeiten. Aber in verschiedenen Branchen lösen sie unterschiedliche spezifische Probleme.
Viele Projekte konzentrieren sich ausschließlich darauf, ob Geräte während der Planungsphase mit dem Internet verbunden werden können. Aber nach der Einführung stellen sie fest, dass Geräte sich nicht gegenseitig verstehen, das größte Hindernis ist. Das industrielle Tor wurde entwickelt, um dieses Problem zu lösen.
I. Lösung des Problems der Inkompatibilität zwischen alten und neuen Geräten
Dies ist der wesentlichste Wert des industriellen Gateways.
Fabriken haben oft Geräte aus verschiedenen Epochen, die koexistieren. Die neuesten Geräte unterstützen Ethernet und Standardprotokolle, aber zehn Jahre alte Geräte verfügen möglicherweise nur über RS232-Seriellanschlüsse und proprietäre Protokolle. Der Austausch all dieser alten Geräte wäre extrem teuer. Wenn sie unberührt bleiben, bleiben ihre Daten auf isolierten Inseln.
Das industrielle Gateway löst dieses Problem, indem es sich über serielle Ports mit alten Geräten verbindet, proprietäre Protokolldaten liest, diese konvertiert und in Standardprotokollen ausgibt. Neue Geräte und Cloud-Plattformen sehen einheitliche Daten und sind sich der Existenz der alten Geräte überhaupt nicht bewusst. Die alte Ausrüstung dient weiterhin, und das neue System erhält vollständige Daten.
In einem realen Fall verfügte eine Autoteilefabrik über über dreißig Spritzgussmaschinen unterschiedlicher Altersgruppen und Marken. Nach der Bereitstellung industrieller Gateways wurden die Daten dieser Maschinen einheitlich gesammelt und in das MES-System integriert. Die Fabrik ermöglichte eine Echtzeitüberwachung des Produktionsfortschritts, ohne alte Geräte zu ersetzen.
II. Lösung des Problems inkonsistenter Protokolle
Selbst wenn Geräte aus ähnlichen Epochen stammen, sind inkonsistente Protokolle ein häufiges Phänomen. In der SPS-Welt verwendet Siemens das S7-Protokoll, Mitsubishi das MC-Protokoll, Omron das FINS-Protokoll und Rockwell das CIP-Protokoll. In der Instrumentenwelt verwenden Stromzähler DL/T645, Wassermesser CJ/T188 und Sensoren Modbus. Diese Protokolle sind nicht miteinander kompatibel, und Geräte können nicht direkt kommunizieren.
Industrielle Gateways verfügen über integrierte Parsing-Funktionen für diese Protokolle. Du musst dem Gateway nur sagen, welches Gerät angeschlossen ist und welches Protokoll es verwendet, und das Gateway übernimmt automatisch die Protokollkonvertierung. Die gesammelten Daten werden in einem einheitlichen Format wie MQTT oder OPC UA ausgegeben, das direkt von der Cloud-Plattform oder dem MES-System verwendet werden kann.
In einer Wasseraufbereitungsanlage gab es SPSS, Instrumente und variable Frequenzantriebe von fünf verschiedenen Lieferanten. Ursprünglich liefen sie unabhängig, und die Bediener mussten zwischen mehreren Bildschirmen wechseln. Nach der Bereitstellung eines industriellen Gateways wurden alle Daten in einen einzigen Überwachungsbildschirm integriert, was die Betriebseffizienz erheblich verbesserte.『
III. Lösung des Problems der langsamen Cloud-Antwort
Alle Rohdaten zur Verarbeitung in die Cloud zu senden, ist in vielen Szenarien nicht machbar. Betrachten Sie eine Hochgeschwindigkeits-Produktionslinie, die Anomalien erkennen und innerhalb von Millisekunden reagieren muss. Wenn Daten in die Cloud und zurück müssen, kann die Verzögerung hunderte Millisekunden oder sogar Sekunden betragen. Bis dahin hätte die Produktionslinie bereits Probleme.
Die Edge-Computing-Fähigkeit industrieller Gateways löst dieses Problem. Das Gateway führt die Steuerlogik lokal aus und verarbeitet Daten in Echtzeit. Nur wenn Langzeitspeicherung oder systemübergreifende Analyse erforderlich ist, werden die Daten in die Cloud gesendet. Dies gewährleistet eine Echtzeitreaktion und reduziert gleichzeitig Cloud-Belastung und Bandbreitenkosten.
Eine Verpackungslinie verwendete ursprünglich eine Cloud-Lösung zur Qualitätskontrolle. Jede Produktinspektion dauerte mehrere hundert Millisekunden, die mit der Leitungsgeschwindigkeit nicht mithalten konnten. Nach dem Wechsel zu einem lokalen industriellen Gateway zur Inspektion sank die Inspektionszeit pro Produkt auf Dutzende Millisekunden, was die Anforderungen der Leitung vollständig erfüllte.
IV. Lösung des Problems der unübersichtlichen Datenformate
Selbst bei Verwendung desselben Protokolls können verschiedene Geräte Daten auf völlig unterschiedliche Weise ausdrücken. Für die Temperatur kann ein Gerät Celsius verwenden, während ein anderes Fahrenheit verwendet. Für Statuscodes kann ein Gerät Zahlen verwenden, während ein anderes englische Zeichenketten verwendet. Für Zeitstempel kann ein Gerät Unix-Zeitstempel verwenden, während ein anderes das Jahr-Monat-Tag-Stunde-Minuten-Sekunde-Format verwendet.
Das industrielle Tor ist dafür verantwortlich, diese Unterschiede abzuschirmen. Du kannst das Gateway so konfigurieren, dass alle Temperaturdaten in Celsius umgewandelt werden, alle Statuscodes auf Standardkodierungen abgebildet und alle Zeitstempel in einem Format vereinheitlicht werden. Das System der oberen Schicht erhält saubere, konsistente Daten und benötigt keine zusätzliche Reinigung und Umwandlung.
Ein multinationales Fertigungsunternehmen musste Produktionsdaten von über einem Dutzend Fabriken weltweit auf seine Hauptsitzplattform aggregieren. Jede Fabrik hatte unterschiedliche Geräte und Datenformate. Nach der Installation eines industriellen Gateways in jeder Fabrik war das Gateway dafür verantwortlich, lokale Daten in das einheitliche Format umzuwandeln, das von der Hauptsitzplattform gefordert wurde. Die Datenverarbeitungszeit für das gesamte Projekt wurde um etwa siebzig Prozent reduziert.
V. Lösung des Problems instabiler Netzwerke in abgelegenen Gebieten
Wie industrielle Router unterstützen industrielle Gateways auch Offline-Caching und automatische Neuübertragung. Dies ist sehr wichtig für abgelegene Szenarien wie Windkraft, Photovoltaik, Öl und Gas sowie Wasserversorgungsunternehmen.
Das Gateway schreibt zuerst die gesammelten Daten in den lokalen Speicher. Wenn das Netzwerk normal ist, wird es in Echtzeit hochgeladen. Wenn das Netzwerk unterbrochen wird, wird es lokal gespeichert. Wenn das Netzwerk wiederhergestellt wird, wird es automatisch in chronologischer Reihenfolge erneut übertragen. Selbst wenn das Netzwerk intermittierend ist, gehen keine Daten verloren.
Ein Windpark verfügte über Dutzende Windturbinen, jede an einem abgelegenen Ort. Nach der Bereitstellung industrieller Gateways wurden die Daten der Turbine selbst bei Netzwerkfehlern lokal intakt gespeichert und automatisch an das zentrale Kontrollzentrum weitergeleitet, wenn das Netzwerk wiederhergestellt wurde, wodurch ein wirklich unbeaufsichtigter Betrieb erreicht wurde.
VI. Fazit
Die Nutzung eines industriellen Gateways lässt sich in fünf Bereichen zusammenfassen. Erstens, alte und neue Geräte zu verbinden, sodass alte Geräte weiterhin funktionieren können, während sie in neue Systeme integriert werden. Zweitens die Vereinheitlichung verschiedener Protokolle, sodass Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können. Drittens: Edge Computing, die Daten lokal für die Antwort auf Millisekundenebene verarbeitet. Viertens: Datenbereinigung und Formatvereinheitlichung, bei der saubere und konsistente Daten an oberschichtige Plattformen bereitgestellt werden. Fünftens: Offline-Caching, um sicherzustellen, dass kein Datenverlust in entfernten und instabilen Netzwerkumgebungen besteht. Wenn Ihr Projekt mehrere Geräte, mehrere Protokolle, Echtzeit-Steuerungsanforderungen oder verteilte entfernte Standorte umfasst, ist das industrielle Gateway das Schlüsselgerät, um diese Probleme zu lösen.
