Creare un ecosistema digitale con DCS, edge e cloud

L’intervista a Jonas Trautmann, Global Product Marketing Manager di ABB, che racconta il valore dei dati e della loro strutturazione

  • da ABB Ltd
  • 2 Febbraio 2024
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  • Creare un ecosistema digitale con DCS, edge e cloud
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    Creare un ecosistema digitale con DCS, edge e cloud

I proprietari degli impianti hanno sempre compreso l’importanza del valore che si può ricavare dai loro dati. L’Internet delle cose industriale, o IIoT, è cresciuto sostanzialmente come risultato di questa necessità. La maggior parte dei dati prodotti dalle apparecchiature di produzione e dalle letture dei sensori è attualmente contenuta principalmente nel sistema di controllo distribuito (DCS).

La prossima rivoluzione industriale sarà guidata dalla potenza di calcolo, poiché le industrie cercheranno di utilizzare insieme il cloud e l’edge computing per sfruttare ulteriori capacità di elaborazione. Se l’elaborazione informatica è il motore, i dati sono il carburante. Affinché tecnologie come il machine learning (ML) e l’intelligenza artificiale (AI) possano produrre i vantaggi aziendali previsti, richiedono l’accesso a dati di alta qualità.

 

 

DCS, edge e cloud computing creano un potente ecosistema IIoT che consente alle industrie di sfruttare i vantaggi del processo decisionale basato sui dati, della manutenzione predittiva, dell'ottimizzazione dei processi e del miglioramento dell'efficienza operativa.  Qual è il ruolo del DCS all’interno di questo ecosistema?

 

Il sistema di controllo distribuito (DCS) è il cuore dei dati che circolano in uno stabilimento di produzione. I progettisti delle prime offerte DCS si affidavano esclusivamente a piattaforme OT (Operation Technology) appositamente realizzate per garantire l'integrità dei processi che, se non controllati, comportano rischi molto reali per i dipendenti e le comunità circostanti.

 

Negli anni '90, la tecnologia commerciale off-the-shelf (COTS) e la tecnologia dell'informazione (IT) iniziarono ad ampliare il DCS con stazioni operatore e d’ingegneria basate su Windows e comunicazioni Ethernet per connettere le isole di controllo. Oggi, l’integrazione di IT e OT consente di raccogliere e analizzare i dati del sistema di controllo per generare intuizioni non facilmente acquisibili con i mezzi tradizionali.

 

La trasformazione digitale attraverso l’Internet delle cose industriale (IIoT) è sempre più presente e le piattaforme edge, on-premise e basate su cloud diventano sempre più accessibili.

 

Tuttavia, gli utenti DCS vogliono andare oltre, chiedendo che i loro DCS diventino sempre più aperti, espandibili e flessibili. I fornitori sono già riusciti, in qualche modo, a raggiungere questo obiettivo, abbandonando i DCS basati su hardware con funzionalità hardcoded, verso soluzioni in gran parte basate su software. Lasciando l'hardware come un insieme di scatole nere che possono essere programmate, il DCS diventa molto più agile, consentendo componenti plug and play e allontanandosi dalle soluzioni proprietarie che legano gli utenti a un unico fornitore.

 

 

Quale valore aggiunto viene apportato a un impianto attraverso la potente combinazione di DCS, edge e cloud? Questo trio può essere descritto come la base del futuro ambiente di orchestrazione che promette di portare agilità e flessibilità alle industrie di processo di domani?

 

Uno dei principali vantaggi dell’edge computing e dell’industrial analytics è la capacità di utilizzare grandi quantità di dati provenienti da impianti industriali per ottimizzare i processi produttivi. In particolare, la combinazione del cloud con l’edge offre la possibilità di addestrare modelli di intelligenza artificiale, utilizzando i dati provenienti da dispositivi IIoT e interi sistemi. Questi modelli possono, quindi, essere eseguiti a livello edge, consentendo ai dispositivi di rispondere in modo più appropriato ai cambiamenti.

 

OPC UA è un ingrediente essenziale per la perfetta integrazione di DCS, edge e cloud. Vuole fornirci qualche dettaglio più approfondito, spiegando come funziona e quali vantaggi porta all’utente?

 

L’approccio di Open Group prevede un’architettura di automazione che divide i sistemi e le attività tra un nucleo robusto evergreen e un ambiente esteso abilitato alla digitalizzazione, che facilita un’innovazione più rapida e miglioramenti continui delle prestazioni.

 

Questo obiettivo viene raggiunto mediante il disaccoppiamento dell'hardware e del software DCS. Anziché essere programmati per funzionare con un componente hardware specifico, il controllore di processo e il software applicativo esisteranno invece come entità o moduli funzionali. Questi moduli possono essere caricati in modo flessibile ovunque siano necessari, su controllori di processo e PC industriali, dispositivi edge, server on-premise e piattaforme cloud.

 

L'architettura OPC UA migliora, inoltre, la sicurezza, basandosi su un approccio zero-trust. Ciò significa che tutti i componenti saranno tenuti a dimostrare digitalmente la propria identità e originalità, nonché la propria autorizzazione a svolgere compiti specifici. Si tratta di una soluzione flessibile e robusta che sarà in grado di adattarsi a un panorama di minacce in evoluzione. 

 

 

 

Quali sono le principali sfide tecniche e considerazioni sulla sicurezza associate al raggiungimento di un'interoperabilità perfetta tra DCS, piattaforme edge e cloud e come è possibile affrontare queste sfide?

 

Sebbene i sistemi di controllo distribuito abbiano fornito una soluzione ideale per la gestione delle funzioni necessarie per mantenere gli impianti operativi in modo efficiente e sicuro, essi faticano a soddisfare le aspettative derivanti dall’emergere delle tecnologie digitali nello spazio industriale. Sebbene sviluppi come la strumentazione intelligente e i sensori che utilizzano le tecnologie IIoT stiano trasformando le possibilità di controllo e accesso ai dati, le difficoltà di integrarli nei sistemi di controllo distribuito hanno fatto sì che in alcuni casi il loro pieno potenziale sia rimasto in gran parte non realizzato.

 

Soprattutto per i sistemi esistenti, apportare le modifiche necessarie per accogliere nuove tecnologie come i dispositivi di campo intelligenti quali trasmettitori, sensori e attuatori, potrebbe essere un processo complicato e potenzialmente rischioso, che comporta tempi e costi significativi a causa della necessità di nuove funzioni o componenti da testare. Di conseguenza, la risposta di molti proprietari di impianti è stata quella di conservare lo status quo, mantenendo i propri sistemi di controllo distribuito così come sono.

 

Un elemento chiave per affrontare queste sfide è selezionare una tecnologia edge, che si integri perfettamente e in modo sicuro nel panorama OT esistente senza compromettere la produttività dell’impianto. Proteggere il cuore dell'impianto e allo stesso tempo attingere al modello informativo esistente, consente all'edge di manifestare il suo valore funzionando da gateway sicuro per il trasferimento dell’informazione verso il cloud e fornendo un ecosistema applicativo on-premise.

 

In che modo l’interoperabilità delle applicazioni DCS, edge e cloud migliora l’analisi dei dati in tempo reale e le capacità decisionali negli ambienti industriali?

 

Essenzialmente l’edge può essere pensato in due modi. Il primo è come un’estensione del cloud: l’edge preelabora i dati provenienti da dispositivi distribuiti, che possono utilizzare diversi linguaggi e protocolli di comunicazione, come Modbus TCP, IEC61850, Profinet o comunicazioni seriali come Modbus RTU. Oltre ai dispositivi distribuiti, ABB supporta l'intero DCS, che è collegato tramite un'estensione di sistema dedicata che preserva il modello informativo interno del DCS. In questo caso, il ruolo dell’edge è quello di raccogliere e trasformare i dati in un formato che il cloud possa comprendere.

 

Il cloud esegue, quindi, l’elaborazione dei dati, i cui risultati alterano ciò che accade sull’edge. Ad esempio, il cloud computing rende possibile il machine learning e l’addestramento di modelli che possono poi essere ritrasferiti nell’edge. L'edge ospita le applicazioni e utilizza questi modelli come guida per rispondere ai dati locali provenienti dai dispositivi in loco.

 

 

I dati guidano la digitalizzazione, eppure oggi un impianto medio utilizza meno del 20% dei dati che genera. In che modo le tecnologie edge e cloud emergenti cambieranno il panorama dell’automazione, se combinate con il futuro DCS, per consentire alle aziende di trasformare una quantità maggiore di questi dati in informazioni fruibili e ottenere così operazioni più intelligenti e sostenibili?

 

L'architettura aperta NAMUR (NOA) consente l'aggiunta semplice ed economica di un secondo canale di comunicazione sicuro, trasportando ulteriori dati in tempo reale dai dispositivi edge sul campo parallelamente ai dati delle misure di processo principali. NOA è una visione su come applicare le tecnologie digitali ai sistemi di controllo senza interferire con i flussi di lavoro collaudati nelle industrie di processo, incluse quelle chimiche, alimentari e farmaceutiche. NOA mira a rendere i dati di produzione utilizzabili in modo semplice e sicuro per il monitoraggio e l'ottimizzazione di impianti e risorse.

NOA aggiunge uno strato a un sistema di controllo distribuito che abilita l’aggiunta di funzioni extra, fornendo un ambiente aperto e sicuro per l'integrazione dei componenti IT dal campo fino al livello aziendale. Con questo nuovo approccio, gli operatori possono estendere le capacità dei loro sistemi di controllo per includere nuove funzioni come la gestione, l’ottimizzazione e la pianificazione di risorse e dispositivi, senza influenzare le funzioni principali del DCS stesso e senza il tempo o i rischi precedentemente associati all’implementazione di modifiche o aggiornamenti. 

Consentendo alle tecnologie edge e cloud di essere facilmente integrate nel sistema di controllo distribuito, l'approccio NOA permetterà ora agli utenti di sfruttare appieno le possibilità dell'Industria 4.0, con un migliore flusso di dati in tutta l'organizzazione a cui è possibile accedere in modo sicuro come e quando richiesto, in modo da consentire decisioni e azioni informate.