Thiết bị iot công nghiệp – Những thông tin cơ bản

1. Vai trò của IoT trong công nghiệp

Trước khi IoT ra đời, internet dường như chỉ thuộc về những sản phẩm công nghệ cao như máy tính, laptop, điện thoại di động, máy tính bảng… – những thiết bị được cấu tạo chuyên biệt để sử dụng Internet. Không ai nghĩ rằng, những vật dụng thông thường cũng có thể một ngày nào đó “cất tiếng nói” để cung cấp dữ liệu. Và đó là bối cảnh để người ta sáng tạo ra phương thức kết nối vạn vật – Internet of things. Từ “things” trong khái niệm không chỉ gói gọn trong những thiết bị công nghệ thông thường, mà mở rộng ra thành “everything”. Từ xe cộ, tivi, điều hòa nhiệt độ, tới những vật tưởng vô tri như cây cối, thậm chí không gian (nhiệt độ, độ ẩm,…) và thậm chí cả con người, tất cả được kết nối vào mạng internet và cung cấp thông tin hữu ích để phục vụ tốt hơn cho công việc và đời sống.

Việc ứng dụng Internet of things cũng tạo một “cơn địa chấn” trong ngành công nghiệp, đến độ, người ta coi đó là mở đầu của Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Những thay đổi của ngành công nghiệp khi có sự xuất hiện của Internet vạn vật trong công nghiệp (IIoT) có thể kể đến như: tăng hiệu quả hoạt động của từng máy móc thiết bị, hoặc tổng thể cả nhà máy, giảm việc lãng phí tài nguyên (cả vật chất lẫn con người), giúp nhà quản trị nắm bắt được tình hình vận hành nhà máy theo thời gian thực, từ đó sẽ đưa ra được các quyết định chính xác hơn.

Đọc thêm: Mọi điều bạn cần biết về IIoT

2. Phân tầng cấu trúc hệ thống IoT công nghiệp

IIoT thường được phân cấp thành 4 tầng: Kết nối máy và thu thập dữ liệu; tổng hợp dữ liệu cảm biến và chuyển đổi dữ liệu tương tự sang định dạng số; xử lý thông tin bước đầu tại thực địa; tập trung dữ liệu, phân tích, quản lý và lưu trữ tại bộ phận xử lý trung tâm. Cụ thể chức năng của các phân tầng như sau:

• Kết nối máy và thu thập dữ liệu: Trên thực tế, ở một nhà máy sản xuất, việc thu thập dữ liệu không chỉ dừng lại với hệ thống máy móc, thiết bị mà còn mở rộng tới những thành tố khác như con người, không gian (nhiệt độ, độ ẩm), mức độ sử dụng năng lượng, hàng hóa, thành phẩm,… Vì vậy, điều đầu tiên cần thực hiện trong quá trình ứng dụng IIoT trong nhà máy là kết nối các thành tố trong nhà máy vào mạng Internet. Có rất nhiều phương pháp/thiết bị IoT công nghiệp khác nhau để thu thập dữ liệu, phù hợp với từng đối tượng, có thể kết nối trực tiếp với máy, cài cảm biến, hoặc sử dụng các thiết bị thu thập thông tin đầu vào khác.
• Tổng hợp dữ liệu và chuyển đổi sang định dạng số: Không phải thông tin nào được thu thập ở giai đoạn phía trên cũng có thể ngay lập tức trở thành những dữ liệu có giá trị, nhiều trong số đó cần phải thực hiện xử lý và chuyển đổi thêm về thời gian và cấu trúc dữ liệu để hệ thống phân tích có thể sử dụng. Vì vậy, vai trò của giai đoạn này là tổng hợp tín hiệu từ các note – sensor hoặc máy rồi xử lý, chuyển đổi sang định dạng số trước khi đẩy lên server. Sau khi tổng hợp, hệ thống cần nén lượng dữ liệu khổng lồ thu thập và xử lý được đến kích thước tối ưu để tiến hành phân tích trong các giai đoạn tiếp theo. Điều này sẽ giúp giảm tải băng thông của thiết bị khi sử dụng đường truyền Internet từ dưới đẩy lên server.
• Xử lý thông tin thực địa/bước đầu: Đến lúc này, dữ liệu mới thực sự được chuyển sang thế giới CNTT. Trong hệ thống IIoT, các hệ thống CNTT được bố trí ngay tại thực địa (nhà máy) sẽ thực hiện xử lý dữ liệu và một số phân tích nâng cao bước đầu. Ví dụ, hệ thống sẽ ứng dụng công nghệ học máy (Machine Learning) và trực quan hóa để đưa ra các thông tin có giá trị sử dụng cho tầng quản trị.
• Phân tích, quản lý và lưu trữ dữ liệu: Dữ liệu ở bước này sẽ được tập trung vào hệ thống xử lý trung tâm, có thể là Cloud hoặc Data center được tại trụ sở chính của doanh nghiệp. Giai đoạn này sẽ bao gồm các kỹ năng phân tích của cấp bậc cao nhất, cả trong thế giới kỹ thuật số và con người. Do đó, dữ liệu từ các nguồn khác có thể được đưa vào đây để đảm bảo phân tích chuyên sâu.

3. Các thiết bị IoT công nghiệp phổ biến

Về thiết bị IoT công nghiệp, về cơ bản, nguyên lý và chức năng sẽ giống với thiết bị thường nhưng được chế tạo phù hợp với điều kiện làm việc trong môi trường nhà máy. Ví dụ WorkStation sẽ có chức năng giống như PC thông thường và được trang bị thêm các tiêu chuẩn về công nghiệp như khả năng chịu nhiệt, áp suất, độ rung lắc,…. Tương tự với cảm biến, nguyên lý hoạt động không thay đổi nhưng nhưng khác nhau về cách chế tạo để đáp ứng với các tiêu chuẩn công nghiệp.

Đối với mỗi tầng của hệ thống IIoT, sẽ có hệ thống thiết bị tương ứng:

Tầng 1: Thiết bị kết nối:

Ở tầng này tập trung các thiết bị phục vụ việc kết nối và thu thập dữ liệu. Có 3 cách chính để thu thập dữ liệu, từ đó sẽ có hệ thống thiết bị tương ứng.

1. Thu thập dữ liệu trực tiếp bằng cách kết nối trực tiếp với máy, lúc này Máy tính nhúng, Bộ điều khiển IO và thậm chí chính PLC của thiết bị sẽ được coi là thiết bị IoT. Trong nhiều trường hợp, các thiết bị IoT này không dừng lại ở việc thu thập dữ liệu mà còn có thể tác động ngược lại tới máy móc, và điều khiển các quá trình vật lý như bật tắt tạm dừng, hiệu chỉnh hoạt động tự đông: thay đổi nhiệt độ, vận tốc chạy máy…
2. Thu thập dữ liệu trực tiếp bằng cách tích hợp thiết bị cảm biến: Tính năng nổi bật về cảm biến là khả năng chuyển đổi thông tin thu được ở thế giới bên ngoài thành dữ liệu để phân tích. Nói cách khác, điều quan trọng là bắt đầu với việc đưa các cảm biến vào 4 giai đoạn của khung kiến ​​trúc IoT để có được thông tin trong một diện mạo có thể được xử lý thực sự.
3. Thu thập dữ liệu gián tiếp thông qua các thông tin đã được mã hóa như máy Handy terminal

Tầng 2: Internet gateways và hệ thống thu thập dữ liệu:

IoT gateway thông thường sẽ là một thiết bị phần cứng chuyên dụng, có thiết kế linh hoạt, chịu được môi trường khắc nghiệt, hỗ trợ các chuẩn kết nối cục bộ như: LAN, WiFi, 3G, Zigbee, Z-wave, RF. Hoặc nó cũng có thể là một máy chủ thông thường nếu không gian lắp đặt cho phép, được cài đặt phần mềm gateway và tích hợp các cổng kết nối, wireless phù hợp. Liên quan đến giai đoạn này, cần quan tâm tới một số chuẩn truyền thông kết nối phổ biến dùng trong IIoT, đó là: RS232, RS485; mETHERNET, TCP/IP; MODBUS, CAN, PROFIBUS; LoRA; API, MQTT hay Firebase (cho dịch vụ cloud),…

Tầng 3 và tầng 4: Hệ thống xử lý thông tin thực địa và trung tâm:

Nhìn chung ở tầng này, chức năng chính của các thiết bị là xử lý dữ liệu, bởi vậy, thiết bị IIoT cũng là những hệ thống máy tính được trang bị hệ thống phần cứng phù hợp với nhu cầu đặc thù của từng doanh nghiệp. Nhiều công ty chọn những chiếc máy all-in-one nhỏ gọn, trong khi nhiều công ty lại cần những hệ thống máy tính công nghiệp lớn,…

—

Trên đây là những thông tin tổng quan nhất về hệ thống thiết bị IoT công nghiệp. Để biết chính xác doanh nghiệp của mình có thể ứng dụng IIoT mức độ nào và cần những thiết bị gì, phần mềm bổ trợ ra sao, cách duy nhất là liên hệ với các chuyên gia chuyên ngành. Ở ITG, các chuyên gia nhiều kinh nghiệm về Nhà máy thông minh của chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn cho các bạn phương án triển khai IIoT hợp lý nhất, phù hợp với đặc thù doanh nghiệp.