مهمة
نحن في Synergy Team نصمم ونصنع أجهزة التحكم الصناعية. وهي مصممة لحساب الموارد وإدارة الطاقة والتطبيقات الأخرى ، والتي يشار إليها عادةً باسم إنترنت الأشياء (IoT). في كثير من الأحيان ، لا يحتاج عملاؤنا فقط إلى وحدات تحكم. إنهم بحاجة إلى حل كامل يتضمن نظام تحكم.
ويجب أن يكون هذا النظام قريبًا من المستوى الأمثل: سريع وخفيف وموثوق. ولكن وفقًا للحكاية المعروفة ، من المستحيل تلبية كل هذه المتطلبات في وقت واحد. نحتاج إلى البحث عن توازن اعتمادًا على المهمة التي حاولنا القيام بها.
في هذا المنشور ، اقتصرنا على فئة المهام عندما تكون وحدات التحكم في إنترنت الأشياء متصلة مباشرة بنظام التحكم ( إنترنت الأشياء المتصل مباشرة ). لذا ، فإن مهمتنا هي تطوير نظام إدارة يجب أن:
- نقل البيانات من أجهزة الاستشعار المتصلة بوحدات التحكم ،
- إرسال الأحداث (على سبيل المثال ، حول ارتفاع درجة الحرارة ، وفتح الباب ، وفقدان الاتصال ، وما إلى ذلك) ،
- نقل أوامر التحكم إلى المشغلات ،
إذا كان النظام يتكون من عدد كبير من العناصر و / أو يؤدي مهامًا مهمة ، فيجب عليه بالإضافة إلى ذلك:
- مراقبة باستمرار وجود التواصل مع الأشياء ،
- جمع إحصاءات عن عملك ،
- تحديث إعدادات وبرامج التحكم (عند الطلب) ؛
- أن تكون محمية من الوصول غير المصرح به. بالنسبة للشركات الخاصة الحكومية والكبيرة ، يجب أن يمتثل النظام أيضًا للتشريع الخاص بالعمل مع البنية التحتية للمعلومات الحيوية (CII). على وجه الخصوص ، متطلبات 187-FZ ، FSB ، FSTEC ، أوامر وزارة الاتصالات والإعلام الجماهيري ، إلخ.
إدارة بدون خادم مخصص
بالنسبة للعديد من الكائنات ، يتم حل المشكلة ببساطة من خلال التحكم في شبكة GSM عن طريق أوامر SMS أو المكالمات. كان هذا النهج شائعًا في أوائل عام 2010 ، وتم وصف إيجابياته وسلبياته ، على سبيل المثال ، هنا . بالنسبة لمعظم الأنظمة الخطيرة ، يفقد هذا النهج أهميته اليوم.
الأمر الأكثر تعقيدًا هو التحكم "اليدوي" في وحدات التحكم عبر IP المخصص عبر WEB أو سطر الأوامر (CLI). يجب أن تكون وحدات التحكم متصلة بشكل دائم بالشبكة ، وأن يكون لها عناوين IP ثابتة "بيضاء" أو "رمادية". بدلاً من ذلك ، يمكنك استخدام IP الديناميكي مع الارتباط بأسماء النطاقات الثابتة باستخدام تقنية DynDNS أو ما شابه ذلك . يعمل هذا بشكل جيد إذا كان هناك عدد قليل من الكائنات ولا توجد متطلبات خاصة للموثوقية.
سلبيات:
- , WEB () ;
- IP ;
- , NAT;
- IP . , GSM APN ;
- , «»;
- ().
للعروض التوضيحية السريعة ، والتحكم في العديد من الأشياء ، يكفي استخدام التحكم عن طريق IP أو الرسائل القصيرة أو المكالمات الهاتفية.
هنا لم نأخذ في الاعتبار الموقف عندما يكون المرسل يعمل على نفس الكمبيوتر ويتم تثبيت نظام التحكم ، نظرًا لأننا نعتبرها حالة متدهورة للعنصر التالي.
إدارة خادم مخصصة
في الحالات المتبقية ، تحتاج إلى خادم به عنوان IP مخصص ، سيتم من خلاله توصيل وحدات التحكم والمرسلين وأنظمة الجهات الخارجية.
إذا كانت وحدات التحكم ترسل البيانات فقط في اتجاه الخادم ، على سبيل المثال ، عدادات المياه أو أبسط أجهزة الملاحة (أجهزة التتبع) ، يكون الاتصال أحادي الاتجاه كافياً. في هذه الحالة ، تحتاج وحدات التحكم فقط إلى معرفة عنوان IP الخاص بالخادم.
في مهمتنا ، يلزم تبادل البيانات ثنائي الاتجاه لتحديث برنامج وحدة التحكم وإرسال الأوامر. لتنظيم مثل هذا التبادل ، يجب عليك:
- القراءة الدورية للإعدادات أو الأوامر من الخادم بمبادرة من وحدة التحكم (مقبولة إذا كنت لا تحتاج إلى استجابة سريعة للأوامر) ، أو
- باستخدام IP ثابت أو أسماء المجال على وحدات التحكم بحيث يمكن للخادم "الوصول إليها" بمفرده ، أو
- , . , MQTT, EGTS ( ). IP. , .
عندما يتعلق الأمر بنظام تحكم يعتمد على حل مثبت وموثوق ، فإن SCADA هو أول شيء يجب تذكره. وهذا له ما يبرره تمامًا عندما يتعلق الأمر بأتمتة الإنتاج أو منشأة طاقة كبيرة. باختصار ، عندما يحتوي النظام على عدد كبير من أجهزة الاستشعار والمحركات من مختلف الأنواع. تتطلب مثل هذه الأنظمة تطوير مخططات وخوارزميات ذاكري فريدة لتفاعل المعدات لكل كائن ، وهو أمر مدروس تمامًا في SCADA.
إذا كنت بحاجة إلى مراقبة و / أو إدارة كائنات من نفس النوع (كما في المهمة المقترحة) ، فإن استخدام SCADA يمكن أن يجعل الحل "ثقيلًا" للغاية بسبب تعقيد الإعداد ، والجهد المبذول في إضافة كائنات قياسية وزيادة متطلبات أداء الخادم. من الأفضل استخدام أحد أنظمة الصناديق المتخصصة في السوق الأكثر ملاءمة للمهمة. على سبيل المثال:
- نظام مراقبة وإدارة معدات الشبكة - نظام إدارة الشبكة (SNMP ، TR-069 ، CLI) ؛
- نظام القياس الآلي للحرارة والكهرباء والغاز والمياه. للإيجاز - اسأل ؛
- نظام تتبع الملاحة للأشياء المتحركة مع التحكم في الأنظمة على متن الطائرة ؛
- نظام التحكم في المناخ (التهوية وتكييف الهواء والتدفئة) - HVAC ؛
- المنزل الذكي / نظام المكتب / المبنى ؛
- : , () , ;
- - , ..
غالبًا ما تتداخل هذه الأنظمة مع وظائف بعضها البعض. على سبيل المثال ، بناءً على ASKUE ، من الممكن تنفيذ التحكم في الإضاءة الخارجية ، وعلى أساس "المنزل الذكي" للتحكم في المناخ والوصول. توسيع وظائف الأنظمة "الحية" مستمر. تظهر واجهات برمجة التطبيقات الجديدة لدمج المنتجات المعبأة في حلول العملاء ، بالإضافة إلى دعم الوظائف المخصصة في البرامج المعبأة. من المزايا الكبيرة للمنتجات المعبأة حقيقة أنه يمكن شراؤها ووضعها على الخادم الخاص بك ، بعد أن حصلت على حل منفصل يعمل في دائرة عملاء مغلقة.
إذا كانت لديك خطط لبيع نظامك الخاص في السوق الحرة ، فعليك أن تفهم أن أحد المنافسين قد ينمو غدًا من مورد البرمجيات المعبأ اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام أنظمة الصندوق يحمل مخاطر إضافية مثل:
- زيادة أسعار التراخيص ،
- ضعف التحكم في النظام (لا يوجد كود مصدر ، حتى لو كان هناك ، فمن الصعب للغاية الحفاظ عليه) ،
- لا يمكن استخدام العديد من الأنظمة إلا كخدمة سحابية ، وهو ما قد يكون غير مقبول للمشاريع الكبيرة و / أو الحكومية.
تطوير قائم على منصات إنترنت الأشياء
إذا لم يكن استخدام البرامج المعبأة ممكنًا ، فسيكون من الجيد تطويره على إحدى منصات إنترنت الأشياء الشائعة . تحتوي هذه المنصات على وحدات نمطية عالمية مطلوبة في أي نظام إنترنت الأشياء من أجل:
- تسجيل وحذف أجهزة إنترنت الأشياء ،
- المصادقة الآمنة لأجهزة إنترنت الأشياء والحفاظ على التواصل معها ،
- العمل مع البيانات (قواعد البيانات الأمثل لمهام مختلفة) ،
- تسجيل المستخدمين وإدارة حقوق الوصول ،
- تشكيل التحليلات على أساس البيانات التي تم جمعها ،
- توليد إشعارات للمستخدمين (الرسائل القصيرة ، البريد الإلكتروني ، رسائل الدفع ، ...) ،
- تخزين أحدث البيانات المقروءة من أجهزة إنترنت الأشياء ،
- أداء إجراءات مختلفة على الأحداث ،
- تصور البيانات ، إلخ.
بنية النظام على منصة إنترنت الأشياء مستقلة عمليا عن حجمها. تتولى المنصة جميع المهام المتعلقة بموازنة الحمل ، والقضاء على "مكابح" قاعدة البيانات والوظائف "الثقيلة". بالإضافة إلى ذلك ، يتم تجميع جانب الخادم للتطبيق بسرعة من "مكعبات" - خدمات مصغرة. يتم تقليل كل من الوقت اللازم للتسويق وتكلفة الحل ، والذي يعتمد بشكل مباشر على الدفع مقابل عمل المبرمجين.
يمكن تطوير نظام على منصة إنترنت الأشياء في أقل وقت ممكن. لن تتغير هندستها مع زيادة الحجم.
إيجابيات التطوير على منصة إنترنت الأشياء القائمة على السحابة:
- . AWS . . .
- , , , MQTT- – . , .
- IoT . ( ) ( IoT ).
- .
- يمكن الاستعانة بمصادر خارجية لمهمة التطوير الأولية. في المستقبل ، سيكون الحل قادرًا على دعم ليس فقط مطوري النظام الأصلي ، كما هو الحال عادةً. بعد كل شيء ، تتمتع منصات إنترنت الأشياء بدعم تقني قوي ، وموثقة جيدًا ، وعدد المطورين الذين يمكنهم العمل معهم يتزايد باطراد.
سلبيات:
- تعمل مكونات منصات إنترنت الأشياء فقط في مرافق أصحابها ، مما يؤدي إلى إنشاء نظام قابل للتجريب تمامًا سيعمل في مركز بيانات العميل ، ربما في حالات نادرة ؛
- قد تكون تكلفة استخدام منصة إنترنت الأشياء للمشاريع الكبيرة أعلى من تكلفة استئجار الأجهزة الافتراضية في مركز البيانات ؛
- يتضمن الانتقال من منصة إنترنت الأشياء إلى منصة أخرى تغيير كمية مناسبة من التعليمات البرمجية. على الرغم من وجود اتجاه الآن نحو توحيد API ؛
- لا يتم نشر جميع منصات إنترنت الأشياء في مراكز البيانات داخل روسيا ، مما يجعل من المستحيل استخدامها لصالح العملاء الحكوميين.
التنمية الخاصة تماما
إذا كانت أوجه القصور في الحلول السابقة حرجة ، فأنت بحاجة إلى تطوير الحل الخاص بك. وبغض النظر عن مدى جودة الخطة ، فإن الإصدارات الأولى من النظام ستكون ملتوية.
غالبًا ما يتم تنفيذ الحلول الخاصة على أساس أنظمة مفتوحة المصدر مثل ThingsBoard و OpenSCADA و MajorDoMo و Home Assistant و iobroker و Nokia glial. بالنسبة للمشاريع الصغيرة ، يمكن أن تكون "ثقيلة" جدًا للأسباب التالية:
- وقت التطوير الطويل والتكاليف المالية المقابلة. عادة ما تكون التهم بالسنوات الفردية ؛
- مع نمو عدد الكائنات ، ستظهر الاختناقات في شكل قواعد بيانات بطيئة ، ومجمعات ، ومولدات تقارير ، وما إلى ذلك ، لحلها سيكون من الضروري تغيير البنية وتكميلها بموازنات وموارد مكررة ؛
- تكاليف الإدارة والدعم الفني المستمر.
في الوقت نفسه:
التطوير الذاتي له ما يبرره إما للأوامر الحكومية ، أو المشاريع ذات الخطط الطموحة والميزانيات الكبيرة ، أو عندما يكون الاستقلال والأمن أمرًا بالغ الأهمية.
إذا كنت بحاجة إلى عرض توضيحي سريع ( MVP ) ، فيمكن إجراؤه على منصة إنترنت الأشياء أو برنامج محاصر ، باعتماد نهج تم اختباره على مدار الوقت ، أثناء تطوير الحل الكبير الخاص بك بالتوازي.
خاتمة
بناءً على تحليل الأنظمة المختلفة ، نقترح خوارزمية اختيار نظام التحكم التالية.
بالنسبة للعروض التوضيحية ومشاريع إنترنت الأشياء الصغيرة للعديد من الكائنات ، يمكنك استخدام التحكم المباشر في IP أو SMS أو من خلال مكالمات GSM. خلاف ذلك ، مطلوب نظام من المستوى الأعلى. استخدام SCADA له ما يبرره في الأتمتة الصناعية ومنشآت الطاقة الكبيرة. لحساب الموارد ، وإدارة معدات الشبكة ، والتتبع ، والأمن ، و "المنزل الذكي" ، إلخ. من المناسب استخدام حل محاصر للتخصص المطلوب. يعد تطوير الأنظمة على منصات إنترنت الأشياء أكثر صعوبة ، ولكنه يعطي المزيد من المنظور والمرونة. الحلول على منصات إنترنت الأشياء الأجنبية محدودة بشكل خطير من حيث النطاق ومجالات التطبيق في روسيا. أصعب شيء هو تطوير الذات بالكامل. وهي مبررة فقط للأوامر الحكومية والمشاريع الأكثر طموحًا.في الوقت نفسه ، من أجل العروض التوضيحية السريعة ونسخ أفضل الممارسات ، سيكون من المفيد ، بالتوازي مع التطوير الخاص بك ، عمل مسودة تصميم على منصة إنترنت الأشياء.
أخيرًا ، نريد مشاركة توقعات صغيرة:
- في منصات إنترنت الأشياء السحابية ، يجدر انتظار ظهور القوالب المعدة مسبقًا لـ "المنزل الذكي" و AMR و NMS و ACS ، إلخ. سيؤدي ذلك إلى تبسيط استخدام منصات إنترنت الأشياء بشكل أكبر وجذب جمهور أكبر.
- سيقدم المطورون التقليديون لـ SCADA والحلول المعبأة الأخرى المزيد من الأدوات للمطورين الخارجيين الذين أثبتوا أنفسهم في منصات إنترنت الأشياء. من غير المحتمل أن تصمد حلول الصناديق المغلقة في مواجهة المنافسة في السوق.
- سوف تتطور منصات إنترنت الأشياء المحلية للعملاء من القطاعين العام والخاص بشكل أكثر نشاطًا.
- ستصبح واجهات برمجة التطبيقات لمنصات إنترنت الأشياء المختلفة أكثر تشابهًا بمرور الوقت. لهذا السبب ، سيتم تبسيط الانتقال من منصة إنترنت الأشياء إلى أخرى.
في المنشور التالي الأكثر تقنيًا ، سنتحدث عن مشروعنا لمراقبة أنظمة الاتصالات على منصة AWS ووحدات تحكم GIC .
تأكد من كتابة التعليقات إذا فاتنا شيء مهم. أحد أهداف مدونتنا هو الحصول على تعليقات بناءة.