Bouw Betere HMI/SCADA Oplossingen met Edge Computing

De traditionele mens-machine-interface (HMI) en toezichtscontrole en gegevensverzameling (SCADA) architecturen voor kritieke automatiseringscontrole hebben de industrie goed gediend, maar er is altijd ruimte voor verbetering. Met digitalisering komt een op edge-computing gebaseerde benadering die herdefinieert wat “goed” eruitziet in een monitoring- en controlesysteemarchitectuur.

Moderne Edge Computing platforms lossen veelvoorkomende uitdagingen op waarmee ingenieurs worden geconfronteerd bij het implementeren of bedienen van HMI en SCADA in hun automatiserings- en controlesystemen. Dit document beschrijft hoe een verbeterde en versterkte industriële controle-systeemarchitectuur eruitziet; de inherente voordelen van Edge Computing voor het oplossen van aanhoudende uitdagingen; en bewijspunten van een olie- en gasindustriële organisatie, materiaalfabrikant en specialistisch chemisch bedrijf waarvan de controlesystemen profiteren van de overgang naar een enkel edge-platform.

Je zult ook zien hoe drie verschillende organisaties een Edge Computing controle- en automatiseringsarchitectuur hebben geïmplementeerd, samen met een modern gedistribueerd controlesysteem (DCS) en historian-software voor procesoptimalisatie.

De kans visualiseren

Edge Computing is een gedistribueerd computeraframewerk dat cruciale informatie verzamelt, verwerkt en opslaat dicht bij de rand – waar het wordt geproduceerd of verbruikt – in plaats van in een gecentraliseerde server of datacenter. Maar wat betekent dat voor de infrastructuur van een industrieel controlesysteem?

Figuur 1 weerspiegelt hoe de weergave van Gartner van een Edge Computing-topologie in feite de randversie is van het Purdue Model voor Industriële Controlesystemen. Figuur 2 combineert de twee modellen om een volledige edge-portfolio te illustreren, van de apparaatgateway tot de compute-edge tot het bedrijf.

Het aannemen van Edge Computing binnen uw onderneming heeft voordelen voor automatiseringscontrole, specifiek voor HMI- en SCADA-ontwerp, door uw vermogen om kritieke bedrijfsactiviteiten te beschermen te verbeteren. Een enkel edge-platform kan operationele excellentie versterken om uitgebreide engineering-, operationele- en onderhoudsefficiënties te leveren, evenals kritische betrouwbaarheids-, veiligheids- en beveiligingsverbeteringen.

Het oplossen van kernuitdagingen

Een van de meest dringende uitdagingen bij typische automatiserings- en controle-architecturen is het omzetten van de enorme hoeveelheid data gegenereerd door de industriële automatiseringssystemen van vandaag in bruikbare informatie. Andere significante uitdagingen zijn onder meer het moderniseren van verouderde infrastructuur, het stroomlijnen van operaties door het verminderen van afzonderlijke eilanden van automatisering, en het elimineren van ongeplande downtime. De Edge Computing-benadering pakt deze uitdagingen vanuit het ontwerp aan.

Edge Computing moderniseert de infrastructuur en stroomlijnt operaties door de consolidatie van meerdere softwareoplossingen die op meerdere individuele computers draaien in een enkel edge-platform mogelijk te maken.

Een typische installatie heeft HMI/SCADA-software en geavanceerde toepassingen zoals historici, manufacturing execution systems (MES’en), batch, asset performance, engineering- en programmeersoftware geïnstalleerd op meerdere computers. Edge Computing-platforms met ingebouwde virtualisatie vermijden deze complexiteit en kosten.

Naast het omarmen van digitalisering, het verminderen van eilanden van automatisering en het vergemakkelijken van werklastconsolidatie, bieden edge-platforms extra prestatievoordelen zoals het verminderen van vertragingen door bandbreedte- en latentieproblemen en het vereenvoudigen van onderhoudscomplexiteiten die vaak voorkomen bij een groeiende pool van hardware- en software-assets. Edge-platforms die ondersteuning bieden voor remote en autonome operaties stellen OT-gebruikers in staat systemen te beheren, waardoor ze niet afhankelijk zijn van IT-middelen.

Naarmate meer kritieke toepassingen in edge-platforms worden gehuisvest, neemt de ingebouwde redundantie om ongeplande downtime te beschermen en operationele veerkracht mogelijk te maken toe in belang. Het verkleinen naar een enkel redundant apparaat waarop alle waardevolle automatiserings- en besturingssoftware is geïnstalleerd, verhoogt eigenlijk de betrouwbaarheid en vereenvoudigt het beheer van de beveiliging, waardoor het risico op kostbare operationele onderbrekingen wordt geminimaliseerd. Ingebouwde redundantie en voorgeconfigureerde virtualisatie zijn vooral belangrijk wanneer de SCADA of HMI is geïnstalleerd in een afgelegen of gevaarlijke omgeving.

Het leveren van aanvullende mogelijkheden

Some modern Edge Computing platforms are industrial grade, such as those provided by Stratus. Ruggedized, Class I Division 2 (CID2) certified platforms, such as Stratus’ ztC™® Edge Computing platform (see Figure 3), can be installed in hazardous locations, together with the programmable logic controllers (PLCs), in the same control panel without special accommodations for temperature, humidity, or vibration protection.

Many Edge Computing devices have built-in protection from cyberattacks, such as:

– Host-based firewalls for blacklisting or whitelisting IP addresses or domain names
– Restricted USB ports to help prevent the spread of malware
– Role-based access controls to authorize specific users and groups
– Secure communications protocols and Trusted Boot to thwart cyberattacks

Scalability, extensibility, and standardization are also associated with advanced edge platforms, such as the smaller-capacity Stratus ztC Edge and large-capacity Stratus ftServer® platforms (see Figure 4).

De beste Edge Computing-platforms schalen goed op wanneer nieuwe knooppunten en locaties worden toegevoegd. Ze zijn uitbreidbaar om nieuwe operaties en controlecapaciteiten te accommoderen zonder een significante investering, en flexibel om de monitoring en controle van de installatie uit te breiden naar mobiele apparaten.

Ze ondersteunen ook standaardisatie van alle controle in een enkele architectuur en kunnen voldoen aan niet-redundante, hoge beschikbaarheid of fouttolerante behoeften. En het beste edge-platform kan eenvoudig worden geïnstalleerd, bediend en onderhouden door niet-IT-personeel.

Optimalisatie in actie

De volgende drie bedrijven, elk met unieke behoeften, vonden hun oplossing in een Edge Computing controle- en automatiseringsarchitectuur. Bekijk hoe ze hun operaties hebben geoptimaliseerd.

1. Streamline Innovations
Streamline Innovations heeft oplossingen gecreëerd voor hun klanten die realtime analyse, HMI en tracking van 50 KPI’s mogelijk maken vanaf 350 mijl afstand. Het bedrijf verminderde ook de vereisten voor personeel ter plaatse met 66% en overtrof de SLA van 95% van de klant door een uptime van 99,5% te bereiken.

  • Stratus ztC Edge wordt gebruikt voor het ontwikkelen, hosten en beschermen van het eigen proces voor de behandeling van waterstofsulfidegas.
  • Inductive Automation Ignition HMI/SCADA-software
  • PostgreSQL-database en Python
  • Seeq AI-software

 

2. Rubberlite

Een in West Virginia gevestigde materiaalproducent koos
voor Stratus Edge Computing-platforms om de IT-infrastructuur
te vereenvoudigen en te consolideren, de gegevensverzameling
te standaardiseren, en continue beschikbaarheid van applicaties
en betrouwbaarheid van gegevens te waarborgen. Dit omvatte:

  • Stratus ftServer voor het uitvoeren van applicatie-virtualisatie en fouttolerantie, wat downtime elimineert, gegevens centraliseert en de betrouwbaarheid verbetert.
  • AVEVA™ System Platform DCS en data historian

Door de betrouwbaarheid van gegevens en automatisering te verbeteren, heeft Rubberlite een aanzienlijke verbetering in efficiëntie en productkwaliteit bereikt, wat zich vertaalde in bedrijfs- groei en klanttevredenheid. Het team verminderde het niet-verkoopbare materiaal met 80%, terwijl de verkoop en productie met 25% toenamen. Het meest opvallende is dat Rubberlite sinds de implementatie van een Stratus-oplossing in 2016 geen downtime meer heeft ervaren.

“Onze samenwerking met Stratus heeft Rubberlite geholpen te evolueren naar waar we nu zijn, en het heeft ons in de positie gebracht om te blijven groeien en verbeteren.”

 

3.Synthomer

Een in Londen gevestigd bedrijf voor gespecialiseerde chemicaliën omarmde een fouttolerant Edge Computing-platform om de operaties in een productiefabriek in Italië te centraliseren en optimaliseren en te beschermen tegen storingen en downtime. Door de hele faciliteit op hetzelfde systeem te standaardiseren, werden eilanden van automatisering geëlimineerd en werd de operationele veiligheid, veerkracht en analyse verbeterd. Dit omvatte:

  • Stratus ftServer om de gemoderniseerde operatie te beschermen en alle software te huisvesten die wordt gebruikt voor het ontwerpen, programmeren, bedienen en onderhouden van het DCS
  • Rockwell Automation PlantPAx DCS
  • Rockwell Automation Allen-Bradley ControlLogix PAC’s
  • Systeemintegratie door Progecta

De upgrade van de fabriek naar een enkel Stratus-edge platform en gecentraliseerd PlantPAx DCS, naast de vervanging van de vorige verschillende, multimerk PLC’s van de fabriek door Allen-Bradley ControlLogix PAC’s, resulteerde in een productie- stijging van 30% en miljoenen euro’s extra inkomsten. Gedurende het driejarige digitale transformatieproject is de productie nooit gestopt.

Samenvatting

De breedte en diepte van bewezen voordelen van Edge Computing benadrukken de redenen waarom het tijd is om traditionele automatiseringsarchitecturen achter ons te laten. Voor mission-critical operaties zorgt het benutten van voordelen zoals werkconsolidatie, operationele veerkracht, bescherming tegen downtime en standaardisatie voor een krachtigere, efficiëntere en veiligere HMI/SCADA-oplossing.