Giải pháp Ethernet I/O công nghiệp cho hệ thống quản lý từ xa thông qua đám mây (cloud) cho các máy phát điện phân tán

Sử dụng các mô-đun I/O từ xa ADAM-6000, Advantech đã phát triển một hệ thống IoT device-to-cloud nhỏ gọn tương thích với Microsoft Azure Cloud Services. Hệ thống này có thể hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ bảo trì máy phát điện với việc cài đặt các hệ thống quản lý từ xa. Công cụ theo dõi trạng thái trong thời gian thực có thể được sử dụng để thực hiện bảo trì dự đoán và gỡ lỗi ngay lập tức, qua đó có thể ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng. Do đó, việc cung cấp 1 dịch vụ bảo trì và vận hành các thiết bị hiệu năng cao và ít sai số có thể được hiện thực hóa.

Việc phát triển các thiết bị cảm biến biên (edge) thông minh đã giúp các thiết bị thông thường ngày càng được áp dụng nhiều hơn trong các ứng dụng IoT thông qua cấu trúc gọn nhẹ của các hệ thống device-to-cloud, do đó cho phép các công ty có thể theo dõi và điều khiển từ xa hệ thống các thiết bị được lắp đặt phân tán của họ. Ví dụ, đối với các máy phát điện, nhiều nhà cung cấp dịch vụ bảo trì hoặc cho thuê có các thiết bị được lắp đặt tại các vị trí như nhà máy, bến xe buýt, ga tàu hỏa, sân bay, ngân hàng, bệnh viện và tòa nhà văn phòng. Đối với dịch vụ sau bán hàng của các thiết bị như vậy, phương pháp tuần tra thông thường thường được áp dụng, đòi hỏi nhà cung cấp phải bỏ chi phí nhiều hơn cho viêc thuê nhân công để duy trì các tổ máy phát điện phân tán trên diện rộng. Trong trường hợp xảy ra lỗi không thể khắc phục kịp thời, thiết bị có thể bị hư hại đáng kể. Khi thời gian bảo trì tối ưu đã qua, sự cố hoàn toàn đã xảy ra bất cứ lúc nào, phí bảo trì và tổn thất cao do thời gian ngừng hoạt động luôn là điều làm khách hàng lo ngại. Do đó, bằng cách giám sát từ xa trạng thái hoạt động của từng máy phát thông qua hệ thống quản lý đám mây, các nhà cung cấp có thể phản hồi ngay lập tức nếu xảy ra sự cố bất thường, do đó có thể tăng sự tin tưởng của khách hàng đối với các sản phẩm và dịch vụ của nhà cung cấp.

Đối với các ứng dụng quản lý từ xa trên diện rộng như vậy, điều quan trọng để cài đặt hệ thống là cần có các phương thức kết nối dữ liệu phù hợp. Thông thường, một gateway được cài đặt bên cạnh máy phát điện như một trạm nối tiếp để thu thập dữ liệu, các chương trình được viết cho chuyển đổi dữ liệu, mã hóa, và xác nhận, sau đó dữ liệu được truyền tới hệ thống quản lý. Giải pháp này có một kiến ​​trúc hệ thống phức tạp, không chỉ làm tăng chi phí lắp đặt tại mỗi điểm thu thập dữ liệu mà còn mang tới một số lượng đáng kể các công việc bảo trì cho nhà cung cấp. Để đơn giản hóa kiến ​​trúc hệ thống thiết bị đến đám mây, Advantech cung cấp giải pháp tích hợp sử dụng một module Ethernet I/O công nghiệp ADAM-6000 và một router di động 3G. Hệ thống này rất dễ cài đặt và bảo trì trong khi vẫn cung cấp các tùy chọn phong phú và hỗ trợ cho việc mở rộng hệ thống trong tương lai; hơn nữa, nó không yêu cầu các trạm chuyển tiếp cũng như lập trình, giúp người dùng dễ dàng cài đặt hệ thống quản lý tài sản từ xa.

Một công ty của Đức, một nhà cung cung cấp máy phát điện, thiết bị cung cấp điện khẩn cấp, thiết bị và dịch vụ bảo trì động cơ diesel nổi tiếng với các tiêu chuẩn dịch vụ cao. Công ty được đánh giá cao phần lớn là do khả năng cung cấp năng lượng liên tục và ổn định tối đa. Theo đó, từ lâu họ đã cung cấp một đường dây nóng dịch vụ sau bán hàng 24/7để giải quyết các vấn đề của khách hàng bất cứ lúc nào. Với sự phát triển của công nghệ IoT, các ứng dụng giám sát trạng thái và bảo trì phòng ngừa đã có xu hướng tăng lên trong những năm gần đây và phù hợp với cam kết của công ty về phục vụ khách hàng của họ. Do đó, công ty đã quyết định sử dụng concept này và giới thiệu một hệ thống quản lý tài sản từ xa cho các tổ máy phát điện phân tán mà công ty đã bán.

Tuy nhiên, công ty không sử dụng các nhà phát triển chuyên về công nghệ IoT. Để tránh việc phải mất nhiều thời gian để phát triển phần mềm và giảm thiểu chi phí cho cả cài đặt phần cứng và bảo trì tiếp theo, công ty đã tìm cách áp dụng dịch vụ đám mây Microsoft Azure Cloud Services làm nền tảng quản lý; Ngoài ra, họ đã lên kế hoạch cài đặt một hệ thống kết nối (docking) ở đầu thiết bị để thêm khả năng quản lý thiết bị trên đám mây. Để đơn giản hóa việc cài đặt, bảo trì và mở rộng hệ thống, hệ thống kết nối ở máy phát điện cần phải có cấu trúc nhỏ gọn. Ngoài ra, thiết bị lớp cơ sở phải được thiết kế để có thể thu thập các loại tín hiệu khác nhau để theo dõi trong thời gian thực, để cung cấp các tính năng kiểm soát và báo cáo ngay lập tức, thực hiện các quy trình khẩn cấp khi xảy ra tình huống bất thường. Ngoài ra, do các máy phát điện thường được lắp đặt phân tán trên phạm vi rộng, nên tất cả việc tải lên và tải xuống dữ liệu phải được truyền qua mạng không dây 3G.

Đối với dự án này, Advantech đã sử dụng 3 mô đun I/O Ethernet công nghiệp  từ xa, đó là ADAM-6017, ADAM-6050 và ADAM-6266, cũng như bộ định tuyến di động SmartFlex 3G/4G. Tất cả các sản phẩm đã được cài đặt trong một hộp được gắn bên cạnh các máy phát điện. ADAM-6017 được sử dụng để thu thập tín hiệu nhiệt độ và năng lượng từ bộ phận máy phát điện; ADAM-6050 được sử dụng để điều khiển tín hiệu chuyển đổi tại chỗ và đèn cảnh báo; và ADAM-6266 đã được sử dụng để kích hoạt công tắc khẩn cấp của mô tơ. Sau khi mã hóa, chuyển đổi và xử lý dữ liệu bởi đơn vị vi điều khiển trong các mô-đun ADAM, dữ liệu trạng thái máy phát điện được truyền qua bộ định tuyến 3G đến Dịch vụ đám mây Azure của Microsoft với khả năng tương thích với các mô-đun ADAM và sau đó dữ liệu có thể được hiển thị trong thời gian thực thông qua công cụ trực quan Power BI được cung cấp bởi Azure. Thông tin đầu ra này sau đó có thể được áp dụng để theo dõi tình trạng và bảo trì phòng ngừa.

Do series ADAM-6000 của Advantech có hỗ trợ các giao thức truyền thông khác nhau, vì vậy khách hàng không cần mua thêm PC làm gateway, cũng như không cần phát triển phần mềm chuyển đổi dữ liệu để có thể tích hợp liền mạch với Microsoft Azure hoặc các dịch vụ đám mây public khác. Liên quan đến việc bảo mật khi truyền tải thông tin, các mô-đun ADAM-6000 hỗ trợ mã hóa dữ liệu, sau đó tất cả dữ liệu được tải lên nền tảng đám mây để phân tích và quản lý tài sản từ xa thông qua HTTPS.

Các mô-đun này cũng đi kèm với Graphic Condition Logic (GCL), giúp giải quyết các nhu cầu phát triển phần mềm. Điều này cho phép người dùng xác định các quy tắc logic bằng cách sử dụng Adam/Apax .NET Utility của Advantech và sau đó họ có thể chỉ cần tải cấu hình đầu ra vào các mô-đun được chỉ định để nó hoạt động như một bộ điều khiển, tự động thực hiện các hành động logic đặt trước. Ví dụ cho dự án hiện tại, trong trường hợp xảy ra sự kiện dữ liệu bất thường, cảnh báo sẽ được phát ra ngay lập tức và hệ thống có thể điều khiển trực tiếp động cơ máy phát điện và dừng động cơ để tránh việc các máy quá nóng, nếu không sẽ gây ra hiện tượng cháy cuộn dây hoặc dây dẫn đến một số sự cố nguy hiểm như hỏa hoạn.

Tất cả ba mô-đun ADAM-6000 nói trên đều có hình thức rất nhỏ gọn và do đó rất tối ưu để sắp xếp và mở rộng linh hoạt tại chỗ. Ví dụ, các mô-đun ADAM-6266 đã được triển khai với một chuỗi daisy với bảo vệ auto-bypass, giúp giảm chi phí nối dây và loại bỏ sự cần thiết của các công tắc bổ sung. Do đó, khi cần nhiều mô-đun ADAM, các mô-đun gần đó có thể được kết nối đơn giản như một cấu trúc liên kết chuỗi daisy-chain, chia sẻ bộ định tuyến và cắt giảm chi phí phần cứng không cần thiết. Nếu một trong các mô-đun gặp sự cố mất điện hoặc sự cố, bảo vệ tự động bỏ qua sẽ ngăn chặn sự gián đoạn của toàn bộ chuỗi.

Giải pháp ADAM của Advantech rất dễ để triển khai và kết nối với các đám mây public của bên thứ ba và trong thời gian thực để liên tục theo dõi và kiểm soát một số lượng lớn thiết bị được lắp đặt phân tán. Kết nối trực tiếp dữ liệu được mã hóa với nền tảng đám mây cũng giúp bảo vệ dữ liệu quan trọng của người dùng. GCL cung cấp khả năng xử lý logic đơn giản, cho phép các mô-đun có sự kiểm soát trực tiếp các tính năng của thiết bị. Hơn nữa, kích thước nhỏ gọn của các sản phẩm và khả năng kết nối chuỗi daisy-chain cho phép sắp xếp dây nối linh hoạt và đơn giản.

Dòng sản phẩm ADAM của Advantech đã giúp nhà cung cấp này hoàn thành hệ thống quản lý giám sát từ xa một cách nhanh chóng và tiết kiệm cho họ một khoản đáng kể chi phí phần mềm và phần cứng.