Облачные технологии в автоматизации: комплексный подход от Eurotech

В статье рассмотрены особенности применения IoT-технологий для задач автоматизации на базе комплексного подхода от компании Eurotech, который охватывает и аппаратную, и программную часть, а также облачные сервисы, позволяющие заказчикам снизить затраты и время на разработку проектов. Предложение Eurotech включает шлюзы IoT/M2M с предустановленным программным обеспечением для сбора и обработки данных и передачи их в облачные сервисы.

В промышленности часто возникают задачи, где системы сообщаются не только между собой, но и с внешним миром посредством того или иного узла. Для описания этих процессов используются два термина: «связь машины с машиной» (Machine to Machine — M2M) и «Интернет вещей» (IoT). Они имеют в основе единую технологическую парадигму: интеллектуальные устройства, подключенные к Интернету, позволяют удаленно собирать и передавать данные. Как показывает современный опыт, аббревиатура IoT в большей мере относится к потребительскому пространству, в то время как М2М имеет промышленную окраску и предпочтительна при использовании оборудования промышленного класса. Один из наиболее важных аспектов «Интернета вещей» — эффективное взаимодействие «умных» устройств между собой и с облачными приложениями. Исходя из этого наиболее интересным является подход, когда поставщик предлагает законченные решения начиная с интеллектуальных полевых устройств и заканчивая облачными сервисами.

К числу ведущих поставщиков подобных решений принадлежит и компания Eurotech, предлагающая сочетание аппаратных и программно-аппаратных средств, операционных систем, сред программирования и внешней инфраструктуры, позволяющих клиентам значительно снизить время и затраты на проектирование и сосредоточиться на своей основной деятельности. По сути, решение представляет собой M2M/IoT-шлюз с установленным на него программным обеспечением, которое дает возможность подключаться к облачному сервису для обмена с ним данными. Рассмотрим подробнее эти компоненты.

Шлюзы M2M /IoT

M2M/IoT-шлюзы (рис. 1) позволяют организовать двунаправленную связь полевых устройств с облаком, где собираются, хранятся и обрабатываются данные с помощью бизнес-приложений. Кроме того, шлюзы высокого класса предлагают возможности по обработке и хранению данных для предоставления услуг в автономном режиме, а при подключении к облачным приложениям обеспечивают контроль и управление в реальном времени. Многофункциональные IoT-шлюзы подходят для подсоединения датчиков, исполнительных механизмов и устройств коммерческого предприятия в рамках M2M-приложений. Они также включают в себя весь необходимый набор беспроводных интерфейсов для организации надежной связи, таких как сотовая связь, Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee. Практически все шлюзы компании Eurotech предназначены для промышленного применения и эксплуатации в жестких условиях. Широкая линейка устройств содержит как компактные компьютеры с низким энергопотреблением, так и высокопроизводительные встраиваемые ПК с широким функциональным набором. При этом все продукты имеют необходимые функции для работы с полевыми устройствами, а также для организации проводного/беспроводного подключения к Интернету. Особенностью шлюзов компании Eurotech является то, что они поставляются с предустановленным программным обеспечением Everyware Software Framework (ESF) на базе Eclipse Kura и Java/OSGi, добавляющим дополнительные функции по безопасности, диагностике, удаленному доступу и полной интеграции в облачные платформы Everyware Cloud (EC). Подобный подход призван облегчить работу заказчика по программированию, снизить время и затраты на проектирование, обеспечивая быстрое развертывание проекта. Особенности программных решений будут рассмотрены далее, а?для начала проведем обзор доступных шлюзов IoT компании Eurotech.

Рис. 1. Шлюз IoT компании Eurotech
Рис. 1. Шлюз IoT компании Eurotech

ReliaGATE 20-25 — защищенный шлюз индустриального исполнения на базе процессоров серии Intel E38XX с напаянным ОЗУ до 8 Гбайт с поддержкой контроля четности ECC. Он предлагает большой набор интерфейсов ввода/вывода и полевых шин: CAN, RS-232/422/485, USB (2.0 и 3.0) и дискретный ввод/вывод. Шлюз предназначен для работы в расширенном диапазоне температур от –40 до +85 °C, оснащен источником питания с широким диапазоном входных напряжений (от +6 до +32 В) и защитой от скачков и неправильного подключения. Кроме того, он имеет доступный пользователю разъем для microSD-карт, DisplayPort, аудиоинтерфейс, а также акселерометр. Для связи с верхним уровнем Relia­GATE 20-25 оснащен проводными и беспроводными интерфейсами связи: 2?Gigabit Ethernet с поддержкой Mod­bus, Wi-Fi, Bluetooth и сотовой связи с помощью модуля ReliaCELL 10-20, который также обеспечивает позиционирование GPS.

ReliaGATE 20-26 — защищенный шлюз индустриального исполнения на базе процессоров серии Intel E38XX с операционной системой Red Hat. Он имеет ту же функциональность, что и ReliaGATE 20-25, только использует предустановленные программные компоненты Red Hat Enterprise Linux: Red Hat JBoss Fuse — модульную интегрированную платформу с открытым исходным кодом, и Red Hat JBoss BRMS?— систему управления с открытым исходным кодом.

ReliaGATE 10-20 — защищенный шлюз индустриального исполнения на базе процессоров серии NXP i.MX6 с ОЗУ размером 512 Мбайт, 4 Гбайт флэш-памяти eMMC и разъемом для microSD-карт. У него низкое энергопотребление в номинале 4 Вт и большой набор интерфейсов беспроводной связи, включая сотовую, Wi-Fi и Bluetooth, позволяющих подключать широкий спектр датчиков и оконечных устройств, необходимых в приложениях M2M/IoT. Кроме того, есть возможность для проводного подсоединения двух каналов Gigabit Ethernet, а также CAN, до четырех последовательных портов и трех портов USB.

ReliaGATE 10-11 — компактный защищенный шлюз индустриального исполнения на базе процессоров серии TI AM335X семейства Cortex-A8 (Sitara), с ОЗУ размером 512 Мбайт, 4 Гбайт флэш-памяти eMMC и разъемом для microSD-карт. Это шлюз с низким энергопотреблением (2 Вт) для промышленных задач и работы на транспорте: поддерживает два защищенных последовательных порта RS-232/485, два?интерфейса CAN, два защищенных порта USB и четыре изолированных дискретных интерфейса. ReliaGATE 10-11 предоставляет широкие коммуникационные возможности: Wi-Fi, Bluetooth Low Energy и 2 Fast Ethernet. Шлюз поддерживает ReliaCELL 10-20, сотовый модуль, предварительно сертифицированный основными операторами сотовой связи. В ReliaGATE 10-11 также доступен внутренний сотовый модем с опциональной поддержкой геолокации GPS. Очень компактный и сертифицированный E-Mark, с источником питания с диапазоном входных напряжений от +9 до +36 В с защитой от переходных процессов и режима зажигания, Relia­GATE 10-11 — это универсальная платформа для транспортного применения, где компактный размер — один из важных факторов.

ReliaGATE 10-05 — ультракомпактный защищенный шлюз индустриального исполнения на базе процессоров серии NXP i.MX285, с ОЗУ 512 Мбайт, 4 Гбайт eMMC и разъемом для micro­SD-карт. Это компактное устройство с низким энерго­потреблением для промышленных задач: входное напряжение питания от +9 до 36 В с защитой от шумов, перенапряжения и неправильного подключения, двумя защищенными последовательными портами (RS-232 и RS-485) и защищенным портом USB. Встроенная батарея предоставляет возможность работы до 30 мин и безопасного отключения при пропадании питания. ReliaGATE 10-05 предлагает проводную и беспроводную связь с использованием интегрированного сотового модема (2G или 3G), Wi-Fi, Bluetooth и одного порта Fast Ethernet. Его установка очень проста благодаря компактным размерам 112?68?37 мм (Д?Ш?В) и небольшому весу, всего 180?г. Также имеется адаптер для установки на DIN-рейку.

Практически все шлюзы, кроме ReliaGATE 20-26, который использует Red Hat Linux, поставляются с предустановленной операционной системой Yocto Linux и программным обеспечением Everyware Software Framework (ESF). Кроме того, в качестве шлюзов могут выступать и процессорные платы в различных форм-факторах, на которые также предустанавливается специализированное программное решение. О нем пойдет речь далее.

Everyware Software Framework

Eurotech Everyware Software Frame­work (ESF) — это специализированный программный пакет на базе Java OSGi для M2M-шлюзов, интеллектуальных устройств и IoT-приложений.

Это предоставляет возможность Eurotech поставлять заказчикам не только современные аппаратные платформы, но и аппаратно-программные, позволяющие снизить затраты на разработку приложений. Структура шлюза IoT представлена на рис. 2.

ESF выступает в качестве моста между локальной сетью устройства и сетями общего пользования, обеспечивая безопасный, надежный и оптимизированный механизм передачи данных между полевыми устройствами (датчики, исполнительные механизмы и человеко-машинные интерфейсы) и облачными платформами с помощью оптимизированных для M2M/IoT протоколов, таких как MQTT.

По сути, ESF, программная среда на основе Java OSGi, является переходным звеном между операционной системой и приложениями заказчика, использующим стандартные интерфейсы, которые сокращают время разработки пользовательского ПО, упрощают задачи по кодированию.

Кроме того, есть возможность переносить программное обеспечение с одной аппаратной платформы на другую без дополнительного программирования.

Рис. 2. Структура шлюза IoT
Рис. 2. Структура шлюза IoT

ESF содержит:

  • интегрированную среду приложений;
  • модульные компоненты программного обеспечения;
  • компоненты абстрагирования от аппаратной части;
  • библиотеки протоколов полевых шин;
  • компоненты для подключения к облачному приложению;
  • приложения по удаленному контролю и управлению устройством;
  • приложения по локальному контролю и управлению устройством;
  • встроенную систему безопасности;
  • инструменты разработки.

Архитектура Everyware Software Framework (рис. 3) базируется на разных слоях программного обеспечения, так что клиент может писать приложения для аппаратно-абстрагированной платформы, оснащенной всеми необходимыми инструментами разработки и библиотеками.

Рис. 3. Структура Everyware Software Framework
Рис. 3. Структура Everyware Software Framework

В частности, полностью интегрированными и проверенными програм­мными технологиями, которые могут быть найдены в ESF, являются:

  • виртуальная машина Java обеспечивает аппаратную абстракцию на различных аппаратных платформах;
  • Java Native Interface позволяет коду на Java вызывать приложения или библиотеки, написанные на C, C ++, и собирать их;
  • OSGi Framework обеспечивает основу для сокращения времени выхода на рынок и затрат на разработку;
  • специализированные библиотеки полевых интерфейсов предоставляют разработчикам уже протестированные библиотеки для полевых шин;
  • API высокого уровня помогают быстро написать приложения, максимально эффективно используя эти API;
  • подключение к Everyware Cloud — непосредственная работа с облачными технологиями.

ESF позволяет осуществлять полный удаленный доступ к шлюзу с использованием протокола MQTT для обновления программного обеспечения, управления, конфигурирования, диагностики и мониторинга работы. Заложенные в ESF функции разрешают абстрагироваться от аппаратной платформы, а также отделить логику приложений непосредственно от ПО шлюза. Это упрощает создание приложений, поскольку разработчикам предоставляется уже готовое ПО для работы со шлюзом и они могут сосредоточиться на проектировании конкретного приложения. Драйверы устройств предлагаются как сервис, позволяя работать с аппаратной частью с помощью простых API вместо написания сложного кода. Простой интерфейс API устраняет необходимость изменения кода на низком уровне операционной системы или конфигурационных файлов путем создания готового исполняемого кода и добавления его в специализированные библиотеки, доступные во время разработки. Поскольку пакет ESF основан на стандартизированном открытом програм­мном обеспечении, поддерживаемом крупными софтверными компаниями, OEM-производители могут легко портировать существующие приложения на собственные устройства. ESF включает набор инструментов промежуточного программного обеспечения, что позволяет OEM-производителям модифицировать, перенастраивать и поддерживать их приложения в течение долгого времени, развивать их по мере изменения требований рынков. Адаптивность и гибкость для удовлетворения потребностей конкретных рынков дает OEM-производителям огромное конкурентное преимущество перед статическим, фиксированным программным обеспечением.

M2M/IoT-платформа Everyware Cloud

Everyware Cloud (EC) от Eurotech (рис. 4) является M2M/IoT-платформой, которая упрощает управление устройствами и сбором данных путем подключения распределенных устройств через безопасные и надежные облачные сервисы. После того как устройства будут развернуты, Everyware Cloud позволяет пользователям подключать устройства, конфигурировать и управлять ими в течение всего жизненного цикла проекта.

Рис. 4. Облачная платформа Everyware Cloud
Рис. 4. Облачная платформа Everyware Cloud

Платформа Everyware Cloud может развертываться как в публичном облаке, так и в частном. Для организации частного облака Eurotech предлагает специализированный Everyware Server — интеграционную платформу M2M, разработанную для обеспечения дополнительного уровня безопасности и конфиденциальности с помощью общественных облачных технологий или без них, охватывающую все возможности технологии Everyware Cloud, выполненную в виде надежного аппаратного устройства для обеспечения удобного и полного контроля в центре обработки данных.

Everyware Server облегчает управление устройствами и данными при подключении распределенных устройств к бизнес-приложениям предприятия, с использованием безопасных и надежных протоколов связи и обмена данными.

Everyware Cloud (рис. 5) представляет собой программную платформу, которая быстро соединяет устройства для создания и поддержания законченного M2M-приложения.

Рис. 5. Структура Everyware Cloud
Рис. 5. Структура Everyware Cloud

Она обеспечивает легкий путь для подключения устройств к ИТ-системам и/или приложениям.

Что же представляет собой Everyware Cloud?

Eurotech Everyware Device Cloud

Eurotech Everyware Device Cloud (EDC) — полностью законченное решение, которое содержит специализированные аппаратные средства, подключение и управление устройствами с помощью Eurotech Software Framework и облачные сервисы Everyware Device Cloud Client и M2M для обмена данными между полевыми устройствами и бизнес-приложениями предприятия.

IoT-платформа компании Eurotech дает возможность упростить реализацию сложных проектов, позволяя получить готовое решение быстрее, чем когда-либо прежде. Полное предложение включает:

  • встраиваемые компьютеры и процессорные платы Eurotech, выполненные на базе производительных процессорных платформ с низким энергопотреблением;
  • операционную систему Linux (Wind River, Yocto, Red Hat) с полным набором инструментов для разработки и поддержки продуктов;
  • программный пакет Everyware Soft­ware Framework (ESF), чтобы упростить разработку приложений и подключение к сети;
  • облачный клиент Everyware Device Cloud для внедрения эффективных, надежных и защищенных протоколов, обеспечивающих действенную связь даже в сложных условиях;
  • облачный сервис Everyware Cloud для мгновенного доступа к данным и управления устройствами через облачные платформы.

Алексей Пятницких.

Опубликовано в номере: Control Engineering Россия II oT Ноябрь 2016