Soluciones de Edge Computing Industriales

Soluciones de Edge Computing Industriales

Publicado por Juan Carlos Bahillo, Responsable de Automatización Avanzada

El Internet Industrial de las cosas (IIoT) y los ordenadores de borde (Edge Pc) son palabras de moda hoy en día en la Automatización Industrial. Sin embargo, los debates sobre el IIoT a menudo pasan por alto la gran cantidad de datos que potencialmente son generados y almacenados temporalmente por esos dispositivos. Además, estos datos necesitan ser transmitidos de forma segura hacia y desde los millones de dispositivos ya desplegados y conectados hoy en día en las redes industriales y que continuamente están creciendo.

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Todo gira en torno a los datos 

En los sistemas de automatización tradicionales, todos los datos se transmiten a una ubicación de procesamiento de datos centralizada, como un servidor, controlador central o un ordenador industrial más grande (IPC). Esto requiere una conexión de red por cable o de forma inalámbrica. En el caso de los sistemas IIoT distribuidos en áreas remotas y distantes, como estaciones de bombeo de agua, plantas de tratamiento químico o de procesos de la industria oíl & gas, esto puede llegar a ser un problema. Incluso en fábricas y/o máquinas grandes también se puede dar esta problemática 

Siempre que se supere este primer obstáculo, el segundo puede ser el ancho de banda disponible. Si se transmiten grandes cantidades de datos, se reducirá el ancho de banda disponible en la red y causará retrasos o latencia en los datos; o en el caso de un problema de red, puede impedir la comunicación por completo. Adicionalmente, todos estos datos deben estar protegidos del acceso no autorizado y la ciberseguridad cobra especial importancia. 

Con equipos industriales compactos y preparados para entornos IIoT, es posible distribuir la potencia de procesamiento al borde de Internet, también conocido como "el borde" para abreviar, o Edge Computing en terminología técnica.  

Y lo que es más importante, se puede reducir o posiblemente eliminar, la transmisión de grandes cantidades de datos a través de la nube con la ayuda de ordenadores de borde que residen en localizaciones remotas y/o distribuidas por la planta cerca de donde se generan estos datos, mejorando la latencia de la red. 

Guardar los datos 

Con un dispositivo de borde inteligente, como un IPC de borde o Edge Computer, ya no se dependerá exclusivamente de una conexión de red para iniciar una acción critica de forma remota. El Edge Computer procesará y controlará los datos localmente, lo que también aumenta la velocidad de ejecución de los procesos críticos al eliminar la latencia de la red. 

Obviamente, tener una conexión de red a través de la nube (Internet) hacia y desde estos dispositivos de borde remotos puede ser beneficioso, pero ya no será obligatorio que esta conexión sea de ultra alta velocidad, ya que cualquier tarea de misión crítica puede realizarse localmente. Esto reduce la cantidad de datos transmitidos a través de la nube, por lo que puede ayudar a reducir el volumen de datos, mantenerlos de forma más segura y, en última instancia, a reducir el coste de la propia transmisión de datos. También libera el ancho de banda disponible para otros procesos críticos de la instalación o máquina. Si todo lo anterior se combina con un plan de datos económico, se puede conseguir un importante ahorro de costes a lo largo de la vida útil del equipo. 

Inteligencia Artificial distribuida

Durante los últimos años se está apuntando una tendencia   cada vez mayor de dotar a los dispositivos de borde y/o equipos de control de capacidades de Inteligencia Artificial y/o Aprendizaje Automático (Machine Learning). Esto es debido gracias a la mejora en la capacidad de computación y cálculo que incorporan los nuevos desarrollos hardware y que en algunos casos incorporan ya GPUs con elevada capacidad de procesamiento en paralelo para aliviar de estas tareas a la CPU principal. 

Actualmente el modelo más habitual es el de recopilar los datos mediante equipos de borde o Edge Computing, escalarlos y realizar la computación/entrenamiento Machine Learning en la nube con gemelos digitales y actuar de vuelta   en los procesos o plantas industriales.

Eficiente energético, seguro y robusto

Los dispositivos Edge se pueden instalar también en lugares remotos como plantas de agua o tratamiento de aguas residuales, estaciones de bombeo, aplicaciones de la industria de oil&gas o en quioscos que prestan servicios a diferentes consumidores. Aunque el dispositivo no está directamente expuesto a la intemperie, debe ser capaz de capaz de soportar las condiciones ambientales y proporcionar un funcionamiento operativo 24/7. Los sistemas IPC "sin ventilador", robustos y con refrigeración pasiva con unidades de estado sólido también eliminan las piezas giratorias, lo que aumenta el tiempo de funcionamiento. Por último, un amplio rango de tensiones de entrada y el funcionamiento eficiente de la energía ayudan en las aplicaciones en las que la energía es limitada o proviene de fuentes de energía renovables y/o baterías y es neceas. 

Las conexiones de red por cable o inalámbricas pueden ayudar a conectar estos dispositivos remotos a un punto central o equipo de control general Aunque técnicamente no es necesario transmitir grandes cantidades de datos a una ubicación central, esta arquitectura ayuda a controlar los equipos remotos para un funcionamiento adecuado o un mantenimiento predictivo. Si se necesita una conexión de red, debe ser segura. Características como el cifrado de hardware integrado, como el módulo de plataforma de confianza (TPM 2.0) y los mecanismos de arranque seguro deberían formar parte de las capacidades de un IPC de borde para evitar el acceso no autorizado a los datos. Aunque estas características no sustituyen al software antivirus/antimalware y los cortafuegos de hardware dedicados, proporcionan una capa adicional de ciberseguridad.  

Un ejemplo de este tipo de Edge Pc son los nuevos y ultra compactos EPC 1502 / 1522 y de nuestro partner de Automatización Phoenix Contact. Es el ajuste perfecto para aplicaciones de borde IIoT, control de máquinas pequeñas, o la recopilación/procesamiento de datos descentralizados en activos remotos. 

Estos equipos EPC 1502 /1522 incorporan un procesador Intel Celeron N3350 de doble núcleo con 2GB /4 GB de RAM y 32 GB eMMC / 32 GB eMMC + 128 GB SSD de almacenamiento. Soportan un rango de temperatura de 0 a 50ºC, tienen las certificaciones CE y UL e incorporan 2 tarjetas de red independiente a 10/100/1000 Mbps. 

Sobre un sistema operativo LINUX, a nivel de software incorporan el run time de la Tecnología PLC Next con todo su ecosistema para aplicaciones de control avanzado, llevan preinstalado el software NODE-RED desarrollado por IBM para aplicaciones IIoT, DOCKER para la gestión de contenedores, un gestor de bases de datos temporales con INFLUX DB y los conectores a los principales servicios Cloud (Amazon AWS, Microsoft Azure, Google Cloud y Proficloud IO).  

El Edge PC es el conector perfecto entre las capas OT e IT ya que nos sirve para la recogida de datos de sensores, actuadores y diferentes PLC y/o sistemas de control, mediante el uso de protocolos típicos como OPC UA, MQTT, PROFINET, Ethernet /IP, Modbus TCP&RTU… y al incorporar la conexión a la nube integrada tiene disponible el envió de los datos a sistemas superiores (ERP, MES…)  y/o a las diferentes nubes. 

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Publicado en 27/10/2022 por Juan Carlos Bahillo Artículos técnicos, Novedades de producto 0 425

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