Zdalne sterowanie i monitoring

W przemyśle na pierwszym miejscu wydaje się stać niezawodność. Na kolejnych bezpieczeństwo, wydajność i inne czynniki. Na wiele z nich, w tym na te najważniejsze może pozytywnie wpłynąć zdalne sterowanie. Producenci maszyn i integratorzy systemów odkryli tę prawdę już dosyć dawno temu i od pewnego czasu proponują i wdrażają takie rozwiązania w przemyśle. W niniejszym artykule pokazujemy jak wygląda nowoczesna implementacja zdalnego sterowania i co można dzięki niej uzyskać.

Elementy składowe zdalnego sterowania

Aby wyposażyć maszynę lub instalację przemysłową w mechanizm zdalnego sterowania, potrzebne jest kilka elementów, takich jak odpowiednio wyposażone urządzenie sterowanie, bezprzewodowy interfejs komunikacyjny i oprogramowanie sterujące. W ostatnich latach nastąpił postęp w rozwoju elementów zdalnego sterowania, co spowodowało wzrost dostępności i popularności tego rodzaju systemów.

Komunikacja bezprzewodowa

Zdalne sterowanie w praktyce zawsze realizowane jest przez bezprzewodowy interfejs. Jego wybór jeszcze do niedawna był dosyć ograniczony, ale obecnie coraz łatwiej o dopasowanie sposobu przesyłu danych dokładnie do faktycznych potrzeb. Rosnące możliwości komunikacyjne, a w tym funkcji programowych w zakresie komunikacji, to jedne z głównych innowacji zarówno w obrębie sterowników programowalnych (PLC), jak rozwiązań alternatywnych wobec nich (IPC, PAC itp.). Łatwa wymiana danych w różnych sieciach (ethernetowych i polowych) oraz możliwość realizacji połączeń bezprzewodowych to główne cechy, na które zwracają uwagę nabywcy nowych komponentów automatyki przemysłowej.

Jeszcze do niedawna zdalne sterowanie kojarzyło się przede wszystkim z użyciem radiomodemów albo sieci komórkowej. Oba te rozwiązania cechowały się licznymi wadami, choć bazowały na licencjonowanym paśmie radiowym. Inwestycja w radiomodemy była nieco kosztowna, a do tego ich wdrożenie wymagało znajomości zagadnień z zakresu komunikacji radiowej. Trzeba było zestawić łącze, zamiast po prostu podłączyć moduły i przyjąć, że będą działać. Natomiast sieć komórkowa, choć znacznie łatwiejsza w użyciu i tańsza we wdrożeniu, wymagała ponoszenia dosyć dużych kosztów utrzymania – opłat za połączenia, lub za przesyłane wiadomości. Ponadto w niektórych odległych miejscach nie była dostępna. Czasem problematyczny mógł być także pobór energii.

Te wszystkie problemy sprawiały, że w wielu aplikacjach zdalne sterowanie nie było opłacalne, albo nie dało się go sensownie zaimplementować. Dopiero rozwój wszelkiego rodzaju technologii powiązanych z Internetem Rzeczy oraz jego przemysłowymi implementacjami sprawiły, że zdalna obsługa urządzeń i ich monitoring stały się nie tylko opłacalne, ale i całkiem powszechne.

Obecnie wśród technologii komunikacji radiowej, które mogą służyć do stworzenia systemu zdalnego sterowania, preferowane są radiomodemy, sieci komórkowe, Wi-Fi, LoRaWAN, sieci radiowe w paśmie ISM, oparte na infrastrukturze utrzymywanej przez usługodawcę, ZigBee i Bluetooth.

Systemy zdalne powinna cechować duża funkcjonalność Dominik Kowalczyk, specjalista ds. techniczno-handlowych w DACPOL Sp. z o.o. Systemy zdalnego sterowania na pierwszy rzut oka wydają się nieskomplikowanymi zestawami urządzeń typu nadajnik + odbiornik, służącymi do bezprzewodowego wysterowania niemal dowolnej maszyny elektrycznej. Ze względu na kilka kluczowych cech i niekiedy trudny do zmierzenia problem zasięgu, cała kwestia jest nieco bardziej złożona. Jeżeli pominąć aspekt ekonomiczny, który często ma kluczowe znaczenie podczas doboru właściwego rozwiązania i skupić się wyłącznie na parametrach technicznych, to podstawowym wymaganiem jest funkcjonalność. Popularne jest podejście producentów typu: rozwiązanie low-cost, standardowe, rugged, dedykowane pod specjalistyczne branże, z odpowiednimi certyfikatami itp.  Ergonomia i łatwość obsługi bywa istotna dla operatorów, którzy muszą mieć maksymalny komfort korzystania z nadajnika. Wiąże się to nie tylko z odpowiednim zaprojektowaniem poszczególnych podzespołów, ale też intuicyjnym rozmieszczeniem przycisków. Sama konstrukcja pilota/odbiornika bywa modułowa, co ułatwia serwis i diagnostykę. Kolejną sprawą związaną z funkcjonalnością jest sposób komunikacji ze sterowaną maszyną. W zależności od występujących wymagań obsługiwane protokoły komunikacyjne to RS-485, CANopen, DeviceNet, Profibus, EtherCAT, Modbus TCP/IP, EtherNet/IP oraz protokół czasu rzeczywistego Ethernet Powerlink. W warunkach przemysłowych częstym zjawiskiem jest występowanie różnego rodzaju zabrudzeń, w takich przypadkach służby UR powinny wybierać zestawy o odpowiednio wzmocnionych konstrukcjach lub wysokim stopniu ochrony IP/IK zapewniających pyłoszczelność, wodoszczelność i wytrzymałość mechaniczną na uszkodzenia zewnętrzne. Ostatecznie, przy doborze właściwego rozwiązania najlepiej zdać się na specjalistę.

Radiomodemy

Radiomodemy są z zasady stosowane w przemyśle i z tego względu charakteryzują się solidną konstrukcją mechaniczną. Są też odporne na pracę w trudnych warunkach środowiskowych i mają bardzo dobre parametry toru radiowego. Standardowo wyposaża się je w szereg funkcji, by jak najłatwiej podłączyć je do systemów automatyki przemysłowej. Są szczególnie użyteczne tam, gdzie komunikacja wymaga sprawnej transmisji większych ilości danych, a tym bardziej w obszarach, gdzie poziom sygnału nie jest wystarczający. Dodatkowo radiomodemy pozwalają uniknąć problemów przeciążenia sieci, co zdarza się szczególnie w okresach świątecznych. Dlatego pod pewnymi względami zapewniają największą pewność komunikacji, za której poprawność działania nie odpowiadają właściwie żadne firmy pośredniczące, poza samymi dostawcami sprzętu. Bardzo istotny w dłuższej perspektywie jest także brak opłat za transmitowane dane.

Oprócz modemów do pracy w paśmie licencjonowanym, takich jak np. modele marki Satel, oferowane przez firmę Astor, na rynku znaleźć można też modele pracujące w paśmie ISM, czyli na częstotliwościach 433 MHz, 868 MHz i 2,4 GHz. Charakteryzuje je większy poziom zakłóceń i w związku z tym – mniejszy zasięg pracy. W efekcie – szczególnie w kontekście różnych aktualnie dostępnych możliwości alternatywnych – nie cieszą się wielką popularnością.

Sieci komórkowe

Drugą opcję stanowią sieci komórkowe. W tym zakresie bardzo wiele zmieniło się w ciągu ostatnich kilku lat. Wynika to z dużego postępu w technologii radiowej transmisji danych oraz z uwagi na ogromne inwestycje poczynione przez operatorów sieci. Korzystanie z sieci komórkowych nie zawsze jest opłacalne, ze względu na miesięcznie opłacane abonamenty. Przez wiele lat taryfy telemetryczne były dosyć kosztowne w przeliczeniu na pojedyncze urządzenie, ale obecnie – wraz z nowymi technologiami – wszystko wskazuje na to, że ulegnie to zmianie.

Rzecz leży w nowo uruchamianych sieciach 4G, pracujących z nowymi kategoriami LTE. Jeszcze do niedawna w zastosowaniach przemysłowych dominowały sieci 2G, a niekiedy proponowano 3G jako szybszą alternatywę. Dostęp do 4G zazwyczaj wymagał droższych modemów, na które nie wszyscy byli skłonni się zdecydować. W końcu aplikacje przemysłowe rzadko kiedy potrzebują przepustowości większych niż osiągane w sieciach 3G. Niestety dla tych, którzy zdecydowali się na tak ograniczone rozwiązania, obecnie operatorzy komórkowi modernizują swoje sieci w sposób niezbyt korzystny dla nich. Wraz z uruchamianiem nowych nadajników 4G, wiele stacji 3G jest wyłączanych. Nie mają one znaczenia dla zdecydowanej większości klientów, którzy są po prostu zwykłymi konsumentami. Nagłośniony przykład takiej sytuacji (choć akurat nie w odniesieniu do 3G) pojawił się w tym roku, kiedy to firma Orange wyłączyła usługi CDMA450 w Polsce, z których wciąż korzystała część klientów. Musieli oni w szybkim tempie wymienić dotychczas stosowane urządzenia na nowsze. Podobnie będzie z firmami, które korzystają z sieci 3G, a z czasem także z sieciami 2G. Kolejność wyłączania jest taka, a nie inna, gdyż modemy sieci 2G pobierają mniej mocy niż 3G oraz sieci trzeciej generacji wymagają gęściej rozstawionych stacji bazowych. Sieć 3G może być z łatwością zastąpiona obecnymi sieciami 4G, a 2G dopiero tymi wprowadzanymi.

Nowe kategorie LTE to M1 i NB-IoT. Obie przeznaczone są do transmisji niewielkich ilości danych co jakiś czas, w systemach, gdzie opóźnienia nie są zbyt ważne. Różnią się od wyższych kategorii LTE przede wszystkim rzadszą koniecznością łączenia się z siecią, by podtrzymać stan zalogowania. W efekcie, wymagają znacznie mniej energii do pracy i są zoptymalizowane pod kątem transferu niewielkich paczek danych. Sieci tych kategorii są obecnie na etapach pilotażowych w wielu krajach świata, stąd nie wszyscy operatorzy przygotowali jeszcze finalne oferty biznesowe dla klientów, dlatego trudno jest dokładnie oceniać opłacalność tego typu rozwiązań. Bazując jednak na nieoficjalnych rozmowach oraz na przykładach z innych krajów, można się spodziewać, że opłaty będą ponoszone za pakiety połączeń do sieci. Rozliczanie miałoby się wtedy odbywać na zasadzie zliczania liczby rozpoczętych transmisji, których określona liczba byłaby sprzedawana w ramach niedrogiego abonamentu. Te natomiast nie musiałyby kosztować wiele, gdyż podtrzymanie zalogowania do sieci w nowych kategoriach LTE znacznie mniej obciąża samą sieć. Co więcej, pasmo radiowe w LTE NB-IoT i LTE-M1 jest dużo lepiej wykorzystywane niż w starszych technologiach, co również zmniejsza koszt transferu danych.

Wśród dostawców nowoczesnych modemów i modułów do sieci komórkowych warto wymienić np. firmę Robustel, która specjalizuje się w takich rozwiązaniach. Podobne moduły ma też Gamma.

Wi-Fi

Trzecią z technologii, która ma duży wpływ na rozwój zdalnego sterowania jest Wi-Fi. Dotyczy to przede wszystkim kontroli urządzeń na względnie niewielkie odległości, ale też sytuacji, gdzie ruch prowadzony jest przez Internet. Wi-Fi jest tak rozpowszechnione, że zastosowanie tej metody komunikacji nie kosztuje wiele. Do tego w obsługę interfejsów Wi-Fi wyposażone są praktycznie wszystkie urządzenia mobilne, co tym bardziej ułatwia wdrożenie systemu zdalnego monitoringu. W dalszej perspektywie, być może popularne stanie się wykorzystanie nowej generacji W-Fi o nazwie HaLow, która pozwala na transmisję danych na większe odległości, nie wymaga dużego poboru mocy i jest w pełni zgodna z innymi protokołami ethernetowymi.

LoRaWAN

W przypadku realizacji komunikacji cyfrowej na względnie duże odległości, ale gdy chce się uniknąć opłat licencyjnych za pasmo, a jednocześnie zapewnić mały pobór energii i uniezależnić od wszelkich operatorów, warto przyjrzeć się protokołom LoRaWAN. Pozwalają one samodzielnie budować sieci złożone z oddalonych od siebie nadajników i skonfigurować je tak, by optymalnie pasowały do realizowanej aplikacji. Oczywiście wdrożenie takiej sieci jest dosyć kosztowne, ze względu na potrzebę inwestycji w infrastrukturę, ale następnie jej użytkowanie jest już bardzo tanie. Trzeba tylko pilnować, by ilość przesyłanych danych nie była zbyt duża, a stacje nie były zbyt odległe, gdyż moc nadajnika i dopuszczalny czas jego pracy są regulowane przepisami w poszczególnych krajach.

SigFox

Jeśli koszt wejścia jest zbyt duży w przypadku tworzenia własnej infrastruktury, a korzyści płynące z zastosowania LoRaWAN całkiem niezłe, dobrym rozwiązaniem może być sięgnięcie po usługi z  oferty firmy SigFox. Jest ona globalnym operatorem połączonych z Internetem stacji bazowych, które pracują podobnie jak LoRaWAN. Ponieważ to firma SigFox (a najczęściej lokalni operatorzy, działający w jej imieniu) ponosi koszty utrzymania i rozbudowy infrastruktury, jej użytkownicy muszą opłacać miesięczne lub roczne abonamenty, których wysokość zależy od przewidywanej liczby wykonywanych transmisji. Dodatkowym ograniczeniem są jednak dosyć słabe parametry transmisji i mała swoboda w odbieraniu informacji z sieci przez rozmieszczone w terenie urządzenia. Problemem może być też niepewność dostarczenia informacji. Zaletą natomiast dostęp do danych z poziomu specjalnie opracowanej usługi chmurowej. Z firmą SigFox współpracuje w Polsce JM Elektronik.

Zdalne sterowanie i monitoring oznacza oszczędności i poprawę wizerunku firmy Michał Nieużyła, inżynier produktu w RA Controls System zdalnego sterowania i monitoringu może przynieść bezpośrednie oszczędności w postaci eliminacji wyjazdów serwisowych – odpadają koszty transportu i zakwaterowania serwisanta. Dodatkowo przekłada się na lepsze zarządzanie zasobami – pracownik może nadzorować pracę wielu maszyn rozproszonych po całym świecie nie ruszając się z biura. Dodatkowo, wykorzystanie systemu z możliwością nadzoru i alarmowania może również przynieść skutek wizerunkowy – jeśli maszyna jest w stanie sama powiadomić o błędach w swoim działaniu, to może się okazać że serwisant dowie się o tym szybciej niż użytkownik końcowy – a to z kolei wydatnie skróci czas reakcji na awarię. Dzisiaj, w dobie Industrial Internet of Things oraz Industry 4.0 coraz więcej urządzeń jest w stanie dzielić się informacjami diagnostycznymi. Jeśli zaś dysponujemy takimi informacjami, to naturalnym kierunkiem wydaje się ich docelowe wykorzystanie do tworzenia systemów monitorowania maszyn i całych instalacji. Kolejnym krokiem w rozwoju tego rodzaju systemów będzie z pewnością wykorzystanie idei predictive maintenance, czyli eliminowanie awarii zanim one wystąpią.

ZigBee i Bluetooth

W końcu, gdy zasięg transmisji nie musi być duży, ale istotna jest moc pobierana przez urządzenia, można pomyśleć o wykorzystaniu protokołów ZigBee albo Bluetooth. Ich najnowsze implementacje nie tylko pozwalają pracować przy minimalnym zużyciu energii, ale też umożliwiają tworzenie większych sieci, np. z wykorzystaniem topologii kraty. ZigBee i Bluetooth to także technologie bardzo użyteczne podczas wdrażania idei Przemysłu 4.0.

Rosnące podobieństwa pomiędzy protokołami

Oprócz tego można śmiało stwierdzić, że dzięki popularyzacji Ethernetu przemysłowego w ostatnich latach, coraz większa część komunikacji na terenie zakładów przemysłowych, a nawet w przypadku sterowania w czasie rzeczywistym i przesyłania sygnałów bezpieczeństwa, odbywa się za pomocą tego samego medium. Dlatego wygodną praktyką będzie sięganie po takie interfejsy komunikacyjne, które w jak najbardziej bezpośredni i transparentny sposób, będą mogły przesyłać pakiety danych protokołu IP. Warto dodać, że kolejne wersje różnorodnych protokołów komunikacji stają się coraz bardziej rozbudowane i widać rosnącą konwergencję ich funkcjonalności. Bluetooth 5.0 może pracować w topologii kraty (mesh), co wcześniej wyróżniało praktycznie tylko sieć ZigBee. Tymczasem IEEE 802.11ah czyli Wi-Fi w wersji HaLow, nie tylko ma dwukrotnie większy zasięg niż starsze implementacje Wi-Fi, ale też pozwala przesyłać dane przy znacznie mniejszym zużyciu energii, w czym dotąd dobrze sprawdzał się Bluetooth 4.0.

Interfejs użytkownika

Sam interfejs komunikacji to nie wszystko. Sens stosowania zdalnego sterowania zależy w dużej mierze od wygody i możliwości interfejsu użytkownika. Tu znaczenie ma nie tylko rozwój technologii, ale i przyzwyczajenia użytkowników. Obecnie korzystamy ze smartfonów i tabletów praktycznie wszędzie. W pracy, w domu, w podróży, czy na urlopie. Jesteśmy bardzo przyzwyczajeni do korzystania z ekranów dotykowych, przeglądania stron internetowych oraz używania specjalnych aplikacji. Ta ogromna popularność smartfonów i tabletów wymusiła na serwisach WWW konieczność tworzenia wersji dla urządzeń mobilnych, tak by dało się je wygodnie przeglądać. Zbliżone podejście coraz częściej stosują producenci HMI, którzy starają się umożliwić klientom uruchamianie ich aplikacji również na urządzeniach mobilnych.

Dosyć powszechną techniką, wywodzącą się właśnie ze świata Internetu jest przygotowywanie stron zgodnie z koncepcją responsywnego projektowania, gdzie twórca witryny przewiduje kilka grup urządzeń, dla których definiuje oddzielne zasady skalowania, pozycjonowania i wyświetlania elementów. Ta sama metoda może zostać zastosowana podczas tworzenia interfejsów HMI, które od pewnego czasu wiele firm i tak przygotowuje w technologii webowej. Bardzo dużą zaletą tego rozwiązania jest otwartość używanych standardów i szeroka kompatybilność. Nowoczesne techniki webowe umożliwiają tworzenie bardzo atrakcyjnych wizualnie i dynamicznych interfejsów użytkownika, bez zbytniego obciążania komputerów. Następnie tak przygotowany interfejs można również opakować w biblioteki i stworzyć w ten sposób zamkniętą aplikację, pracującą tak samo dobrze pod kontrolą systemu Windows, Android czy nawet iOS. Oczywiście będzie to wymagało osobnego skompilowania i przetestowania poszczególnych wersji programu, ale osiągane rezultaty są bardzo dobre, szczególnie w kontekście poświęcanych na to nakładów pracy.

Dzięki przygotowaniu aplikacji do obsługi systemów przemysłowych, operatorzy maszyn, kierownicy i zarząd mogą mieć ciągły dostęp do systemów sterowania, archiwalnych danych oraz dynamicznie tworzonych prezentacji graficznych na ich temat i innych wskaźników z poziomu swoich komputerów biurkowych i smartfonów. Oferowane na rynku rozwiązania czasem bazują też na wykorzystaniu takich protokołów jak VNC, czyli wirtualnego pulpitu, obsługiwanego np. przez przeglądarkę internetową. Pozwala to na zdalny dostęp do panelu operatorskiego, tyle że zazwyczaj ma on wygląd przystosowany do ekranu komputera, na którym normalnie pracuje, a nie do urządzenia mobilnego, za pomocą którego może być przeglądany.

Znacznie lepszą alternatywą jest sytuacja, w której interfejs webowy jest responsywnie generowany bezpośrednio na potrzeby urządzenia, na którym jest wyświetlany. W ten sposób pracują m.in. niektóre małe sterowniki PLC (np. oferowane przez firmę Sabur PLC Saia oraz marki Rockwell Automation, np. z oferty RAControls), które mają wbudowany webserwer i pozwalają na jednoczesne połączenie z nawet bardzo dużą liczbą urządzeń mobilnych, przekazując w ten sposób informacje o najważniejszych wskaźnikach prowadzonych procesów.

W doborze zdalnych systemów priorytetem jest bezpieczeństwo Leszek Pietrowicz, dyrektor w ASTOR Mission Critical Nie jest ważne, czy system służy do zbierania danych z monitoringu czy też do zdalnego sterowania obiektem – w każdym przypadku najważniejszym aspektem powinno być bezpieczeństwo. Obecnie na rynku dostępne są trzy główne rozwiązania – sieci komórkowe, radiomodemy i Wi-Fi. Różnią się one szybkością transmisji, funkcjonalnością, instalacją i ceną. Wybór zależy od przeznaczenia. Gdy niezbędne jest przesyłanie dużej ilości danych, np. obrazu z kamer HD – powinniśmy wybrać przemysłowe Wi-Fi. Jeżeli nie chcemy montować masztów i anten, nasz teren jest w zasięgu sieci komórkowej, a ilość przesyłanych danych nie jest zbyt duża, dobrym pomysłem będzie wykorzystanie sieci GSM. Jeśli natomiast chcemy mieć prosty i niezawodny sposób komunikacji o dużym zasięgu oraz niezależność – najlepsze będą radiomodemy. Wszystkie trzy technologie niosą określoną wartość dla klientów i wszystkie są w fazie rozwoju. Jednak po co komu system, który może przestać działać ze względu na cyberataki lub zmiany technologii u operatorów sieci? Czy w dobie Industry 4.0 stać nas na system, który może choć na chwilę przestać działać? Biorąc pod uwagę kwestie bezpieczeństwa, tylko Wi-Fi i radiomodemy możemy traktować jako nasze prywatne i niezależne rozwiązanie. Komunikacja za pomocą sieci komórkowych – będzie się odbywała zawsze za pośrednictwem operatora sieci. W tym przypadku brak gwarancji bezpieczeństwa i stabilności rekompensowany jest niską ceną pakietów i urządzeń. Z kolei Wi-Fi jest najbardziej zagrożone cyberatakami ze względu na atrakcyjnie dużą liczbę systemów i urządzenia, mające wspólny mianownik z branżą IT. Radiomodemy są najbezpieczniejsze i niezawodne – niestety bardziej kosztowne i dużo wolniejsze w transmisji danych. Podsumowując, przy wyborze systemu powinniśmy się kierować przede wszystkim bezpieczeństwem i niezależnością. Aby sprostać wszystkim wymogom funkcjonalnym, warto inwestować w systemy umożliwiające łączenie różnych technologii i redundancję.

Bezpieczeństwo

Zdalny dostęp do urządzeń przemysłowych, a szczególnie ten, który pozwala nie tylko na podgląd odczytów, ale i sterowanie, niesie za sobą znacznie zwiększone ryzyko związane z bezpieczeństwem. Dlatego konieczne jest dopilnowanie, by niepowołane osoby nie mogły w żaden sposób ingerować w to, co się dzieje na terenie zakładu.

Czynników ryzyka jest kilka. Można wśród nich wymienić samo użycie komunikacji bezprzewodowej, przesyłanie krytycznych danych przez sieć internetową oraz niedoskonałości zabezpieczeń samych aplikacji.

Odnośnie pierwszej kwestii, pomocne będzie wdrożenie odpowiedniej polityki bezpieczeństwa. Na potrzeby przemysłu warto przygotować zestaw zasad, który przybliży użytkownikom wiedzę o różnych zagrożeniach, a także wprowadzi mechanizm aktualizacji oprogramowania urządzeń sieciowych, gdy tylko wykryte zostaną jakiekolwiek błędy. Warto stosować nie popularny konsumencki lecz przemysłowy sprzęt sieciowy, który nie tylko jest mniej podatny na błędy, jakie mogą pojawić się w związku z pracą w trudnych warunkach środowiskowych, ale również opracowywany jest z zachowaniem większej staranności.

Problem przesyłu danych przez Internet warto rozwiązać przez zastosowanie sieci VPN. To bardzo praktyczne i sprawdzone rozwiązanie, wykorzystywane nie tylko w przemyśle, ale i we wszelkiego rodzaju biznesie, gdzie niezmiernie ważne jest bezpieczeństwo informacji. W przypadku, gdy administratorzy blokują ruch przychodzący z Internetu, VPN umożliwia dostęp do urządzeń sieciowych w podobny sposób, jak odległy komputer znajdujący się w tej samej sieci lokalnej. Na rynku dostępne są gotowe urządzenia sieciowe klasy przemysłowej, które umożliwiają wdrożenie VPN. Dobrym przykładem wykorzystania VPN w aplikacji do zdalnego sterowania na urządzenia mobilne jest system EasyAccess2.0 oferowany w Polsce przez firmę Multiprojekt.

Urządzenia mobilne w przemyśle

Analizując bezpieczeństwo warto też upewnić się, że urządzenia mobilne, które wykorzystywane są do zdalnego dostępu są same w sobie zabezpieczone. Choć kuszące może być wyposażenie personelu w niedrogie modele dalekowschodnie, znane są przypadki, gdy urządzenia te były fabrycznie dostarczane z wgranym oprogramowaniem śledzącym działania użytkownika. Do tego, jeśli dostęp mobilny jest podstawowym sposobem pracy, trzeba zwrócić uwagę na niezawodność wybranego sprzętu. Należy zastanowić się, jakie jest ryzyko że w urządzeniu wyczerpie się bateria, co uniemożliwi pracę z maszynami. Ponadto na rynku można znaleźć wiele urządzeń mobilnych o wzmocnionej konstrukcji. Szczególnie istotna może okazać się trwałość ekranu dotykowego. Dzięki nim w smartfonach i tabletach nie ma tradycyjnych klawiatur, a to oznacza, że wyświetlacze mogą mieć większą powierzchnię. Brak ekranu to też dodatkowy plus w postaci mniejszego ryzyka uszkodzenia przycisków, tym bardziej w środowisku, w którym panuje duże zapylenie lub konieczne jest zachowanie wyjątkowej czystości. Ekrany dotykowe bardzo łatwo jest myć, a do tego nie powodują ryzyka zagrożenia wybuchem.

Oszczędności

Zastosowanie zdalnego sterowania może być również sposobem na wprowadzenie oszczędności w firmie. Jedną z coraz bardziej popularnych praktyk jest zachęcanie pracowników do wykorzystywania własnych urządzeń mobilnych jako interfejsu do systemów pracujących na terenie zakładu. Choć można takiemu podejściu zarzucić wiele wad, pracownicy często chętnie decydują się na takie rozwiązanie. Po pierwsze praca z własnym urządzeniem jest dla nich bardziej intuicyjna, a często i sprawniejsza. Swoje smartfony noszą ze sobą wszędzie, dzięki czemu nie muszą poruszać się z dodatkowym urządzeniem. Jest to szczególnie wygodne rozwiązanie dla osób, które mają nienormowany czas pracy i ważne jest dla nich szybkie reagowanie na zdarzenia. W przypadku sytuacji awaryjnych mogą wprowadzać zmiany za pomocą smartfona albo tabletu choćby z domu i spokojnie obserwować skutki tych działań, bez potrzeby udawania się na teren zakładu.

Bardzo ważnym aspektem jest możliwość nadzorowania procesów z bezpiecznej odległości. Dotyczy to np. instalacji w strefach zagrożonych wybuchem, lub gdy dostęp do urządzeń jest utrudniony z uwagi na pracujące maszyny, zapylenie, wysokie temperatury, agresywne substancje chemiczne czy konieczność zachowania sterylności. W praktyce urządzenia mobilne pozwalają pracować z maszynami przemysłowymi w warunkach zbliżonych do biurowych. Dzięki temu koszt prowadzenia operacji w trudnym środowisku jest niższy.

Nowoczesne urządzenia mobilne, nawet te niższej klasy, bardzo często wyposażone są również w dodatkowe moduły, takie jak odbiornik GPS, kamera, mikrofon, akcelerometr, żyroskop oraz wszelkiego rodzaju interfejsy komunikacyjne. Tworząc aplikację zdalnego sterowania z użyciem smartfonu, uzyskuje się dostęp do tych narzędzi, które pozwalają sprawniej realizować różne zadania. Smartfon może więc służyć jednocześnie do identyfikacji obiektów za pomocą skanowania kodów graficznych, albo z użyciem wbudowanego czytnika RFID. Przydatne mogą być też odczyty z odbiornika GNSS, szczególnie w aplikacjach w logistyce. Natomiast mikrofony mogą posłużyć do tworzenia dokumentacji technicznej.

Zdalne zarządzanie systemem jest nieodłącznym elementem Przemysłu 4.0 Karol Kowalczyk, Marketing Manager w Balluff Sp. z o.o. Na przełomie ostatnich kilkunastu lat obserwujemy gwałtowny rozwój przemysłu, analizujemy towarzyszące mu trendy oraz wdrażane rozwiązania. Już w tym momencie wiadomo, że przyszłość to Przemysł 4.0, czyli wdrożenie rozwiązań, które mają na celu połączenie pracy maszyn z systemami IT oraz z nadrzędnym zarządzaniem korporacyjnym, przy jednoczesnej optymalizacji kosztów samego procesu produkcji. Aby było to możliwe, konieczne jest wdrażanie systemów, które sprawiają, że zakłady produkcyjne stają się miejscem o niezwykłej dynamice, gdzie zmienne procesy, błyskawiczne przezbrojenia maszyn i przesyłanie dużych ilości danych są koniecznością. Optymalne wykorzystanie posiadanych zasobów wiąże się z koniecznością zapewnienia sprawnej i wydajnej komunikacji, czyli implementacji zdalnego systemu sterowania i monitoringu obiektów rozproszonych. Rozwiązanie, które łączy możliwość przesyłu ogromnej ilości danych z dostępnością niezbyt kosztownych urządzeń jest już dostępne. Interfejs IO-Link to pierwsza na świecie technologia umożliwiająca sprawną komunikację, zaczynając od układu sterowania, a kończąc na najmniejszym elemencie automatyki. Ten uniwersalny interfejs stanowi, niezależne od sieci przemysłowej, połączenie typu „punkt-punkt”, które do komunikacji wykorzystuje standardowy, trzyżyłowy, nieekranowany przewód. Wszystkie urządzenia wykorzystujące IO-Link pozwalają na szybki dostęp do parametrów, konfiguracji i informacji diagnostycznych z centralnego poziomu sterowania, czyli z poziomu sterownika PLC. Zdalne zarządzanie systemem automatyki oraz procesami produkcyjnymi staje się nieodłącznym warunkiem, który musi zostać spełniony, by móc nie tylko nadążać za postępem technologicznym, ale również wyznaczać kierunek i tempo zmian. Interfejs IO-Link jest logicznym krokiem w kierunku bardziej elastycznych i ekonomicznych procesów produkcyjnych oraz zintegrowanego zarządzania przedsiębiorstwem, który idealnie wpisuje się w ideę Przemysłu 4.0.

Pomysły na zdalne sterowanie

Producenci komponentów automatyki integrują mechanizmy zdalnego sterowania w postaci różnorodnych, mniej lub bardziej zaawansowanych rozwiązań. Powstają zarówno aplikacje, które rozbudowują możliwości sprzętu, lub ułatwiają korzystanie z niego, jak i zupełnie nowe rozwiązania – pozwalające np. na zastąpienie drogiego sprzętu specjalistycznego.

Wielu producentów sprzętu przygotowało bardzo proste aplikacje, które pozwalają na identyfikację swoich produktów na podstawie kodów oraz błyskawiczny dostęp do ich dokumentacji. Dodatkowo często implementowana jest funkcja zdalnej diagnostyki, odczytu ustawień i parametryzacji – najczęściej z użyciem jakiegoś bezprzewodowego interfejsu komunikacyjnego.

Innym przykładem są analizatory ułatwiające rozpoznanie problemu w oparciu o wskazanie objawów potencjalnej usterki i przyłożenie smartfona w celu zebrania dodatkowych informacji diagnostycznych, bazujących na sensorach znajdujących się w samym smartfonie. I o ile nie jest to mechanizm zdalnego sterowania, to w pewnym stopniu ułatwia monitorowanie pracy urządzenia.

Czym kierować się przy wyborze odpowiedniego rozwiązania? Marcin Skórka, Menedżer Projektów Cyberbezpieczeństwa i Automatyki w Tekniska polska Sp. z o.o. Systemy zdalnego sterowania i monitoringu stały się codziennością w aplikacjach przemysłowych i nie są już zarezerwowane jedynie dla systemów rozproszonych. Zdalny dostęp w zastosowaniach przemysłowych traktujemy jako część Industrial Internet of Things (IIoT) i mimo wielu korzyści jaki niesie ze sobą, nie możemy zapominać o zagrożeniach. Z naszych doświadczeń wynika, że niezawodność i integralność systemu, bezpieczeństwo oraz elastyczność rozwiązania to kluczowe kryteria wyboru. Wysoka niezawodność gwarantuje nam wysoką dostępność, a co za tym idzie ciągły wgląd do zasobów. Zwracamy uwagę na możliwość korzystania z usług więcej niż jednego operatora sieci GSM, a także na to, by integralność systemu umożliwiała łatwe zarządzanie grupami urządzeń – niezależnie od aktualnie wykorzystywanej usługi providera. Bezpieczeństwo danych jest absolutnie kluczową kwestią w przypadku infrastruktury krytycznej, do której zaliczmy przesył i produkcję energii elektrycznej, wydobycie oraz przesył gazu i ropy. W określeniu zasobów krytycznych na pewno pomoże standard NERC CIP, który jasno przedstawia, co jest takim zasobem w przedsiębiorstwie. Każda instalacja, w wyniku awarii i niedostępności której może wystąpić zagrożenie życia lub zdrowia oraz straty materialne przedsiębiorstwa i jego dobre imię, jest bez wątpienia zasobem krytycznym. Systemy budowane są z myślą o długoletniej eksploatacji, warto więc inwestować w rozwiązania, które nie są jedynie nośnikiem danych, ale będą chroniły infrastrukturę teraz i w przyszłości. Należy zatem wybierać rozwiązania niezawodne, oferujące wysoki poziom bezpieczeństwa danych oraz elastyczne pod kątem platformy umożliwiającej rozbudowę w zakresie oprogramowania.

Jak wdrożyć?

Aby zaimplementować zdalne sterowanie w systemach automatyki we własnym zakładzie przemysłowym, warto sięgnąć po pomoc specjalistów. Sam proces może odbywać się co najmniej na dwa sposoby.

Jedną z opcji jest doposażenie istniejącej instalacji o urządzenia do zdalnej komunikacji i systemy obsługujące je. Jest to sumarycznie droższe rozwiązanie niż instalacja nowoczesnych sterowników ze zintegrowaną obsługą webowych interfejsów użytkownika, ale tańsze, jeśli dotychczasowy system dobrze się sprawdza i potrzebna jest tylko jego rozbudowa.

Pomocy w modernizacji można szukać wśród firm, które specjalizują się w systemach telemetrycznych. Jedną z takich firm jest ACTE, która od 20 lat dostarcza moduły komunikacyjne na potrzeby elektroniki i automatyki. Oferuje także rozwiązania RFID, które świetnie uzupełniają wszelkiego rodzaju systemy zdalnego monitoringu. Wśród reprezentowanych przez ACTE producentów warto wymienić firmy Antenova, CAP-X, ELA, EAD, Insys, MeraTec, Radiocrafts, Sierra Wireless, SparkLan, Trimble i Virtual Extension. Znacznymi możliwościami w zakresie telemetrii może pochwalić się Inventia.

Natomiast w komunikacji ethernetowej, a w tym radiowej, duże doświadczenie ma Tekniska Polska, która oferuje produkty m.in. marek Westermo, Radioflow, CalAmp i Elpro. Zbliżoną ofertę mają też Navi-Net i Produs, który specjalizuje się w technologii teleinformatycznej.

Duży wybór wszelkiego rodzaju elementów instalacji sieciowych dostarczają firmy takie jak Phoenix Contact czy Murrelektronik. W zakresie komunikacji oraz samych komputerów przemysłowych, które można wykorzystać do zdalnego sterowania można skontaktować się z firmami Advantech czy Antaira oraz Kontron, Elmark i CSI. W zakresie nowoczesnych interfejsów HMI duże doświadczenie ma Turck.

Pomocy można poszukać też u dostawców katalogowych z branży automatyki, takich jak Maritex, TME, Dacpol, Conrad, Farnell i RS Components. Zazwyczaj mają oni w swoich szeregach pracowników specjalizujących się w grupach produktowych związanych ze zdalnym sterowaniem. Niemałą ofertę mają również takie firmy jak Glyn i Guru Control Systems.

Próbując wdrożyć sterowanie automatyką budynkową można sięgnąć po gotowe rozwiązania, np. system xComfort firmy Moeller/Eaton Electric.

Podsumowanie

Obecnie zdalne sterowanie to już nie tylko możliwość uzyskania SMS-owego powiadomienia o wystąpieniu sytuacji alarmowej i reakcji na to prostymi poleceniami. Nowoczesne zdalne sterowanie pozwala na wykonywanie tych samych operacji i daje identyczne możliwości, jak praca przy stacjonarnym panelu operatorskim. Co więcej, zdalna kontrola urządzeń za pomocą mobilnego sprzętu często jest już domyślnym sposobem pracy z nim, lub też umożliwia wykonywanie dodatkowych operacji diagnostycznych, niedostępnych za pomocą innych narzędzi.

źródło: Automatyka 12/2017