Niższe koszty wdrożenia i eksploatacji sieci IIoT

Tendencja do wdrażania technologii Przemysłowego Internetu Rzeczy zwiększa liczbę urządzeń połączonych w sieciach automatyki przemysłowej, a także zakres i złożoność tych sieci, które często łączą się z tradycyjnymi sieciami IT. W tym kontekście obawy dotyczące bezpieczeństwa, dostępności danych i wydajności przemysłowych sieci sterowania nabierają znaczenia większego niż kiedykolwiek przedtem.

Jedną z konsekwencji wdrożenia rozwiązań IIoT jest fakt, że zakup urządzeń dla sieci zakładowej nie oznacza końca wydatków dla właścicieli zakładu przemysłowego. W rzeczywistości często to dopiero początek. Operatorzy sieci odkrywają bowiem cały szereg kosztów bezpośrednich i pośrednich, związanych z wprowadzeniem nowej technologii. Koszty te często mogą przewyższać koszty początkowej inwestycji w sprzęt.

W artykule wskażemy niektóre z tych kosztów, które często bywają przeoczane, zasugerujemy najlepsze praktyki i podamy wskazówki dotyczące obniżenia całkowitego kosztu posiadania (Total Cost of Ownership – TCO) przemysłowych sieci sterowania.

Czas od uruchomienia projektu do chwili, gdy działa on już na pełnych obrotach, można zasadniczo podzielić na sześć różnych etapów. Wyzwaniem dla administratorów sieci jest dogłębne zrozumienie każdego z etapów projektu, określenie kluczowych funkcji sterowania i monitoringu, jakie powinny obejmować lub wspierać urządzenia, które funkcje są korzystne dla każdego etapu, oraz możliwość określenia, w jakim zakresie funkcje te będą korzystne dla przyszłych potrzeb sieci. Dodatkowym wyzwaniem jest to, że te funkcje i korzyści często nie są podawane bezpośrednio w danych technicznych dostarczanych przez producentów urządzeń.

Oto sześć wspomnianych etapów i ich wpływ na koszt TCO.

Rzadko można zobaczyć całkowicie nową sieć zainstalowaną w środowisku przemysłowym. W praktyce większość wdrożeń obejmuje kombinację nowego i unowocześnionego sprzętu oraz istniejących systemów SCADA, sieci i urządzeń sterujących. Ponieważ żadne dwie sieci nie są takie same i każda sieć ma swój zbiór unikatowych wymagań, jedną z umiejętności, jakie musi posiadać administrator sieci, jest wybór i wdrożenie odpowiednich urządzeń, które zapewnią spełnienie bieżących i przyszłych wymagań tej sieci. Dobrym przykładem jest tu zapewnienie interoperacyjności wszystkich urządzeń w sieci w czasie całego cyklu życia projektu. Chociaż istnieje wiele sposobów na przezwyciężenie problemów, które mogą powstać w trakcie realizacji projektu, to jednym z najlepszych rozwiązań jest wybór produktów, które oferują największą elastyczność.

W przypadku sieci przemysłowych urządzenia są często instalowane w pulpitach sterowniczych wraz z innymi modułami zasilanymi napięciem o innych parametrach, tak więc jednym z rozwiązań jest zakup odpowiedniego zasilacza, aby zapewnić kompatybilność. Jednak to może nie być idealnym rozwiązaniem dla wszystkich administratorów sieci z powodu ograniczeń wymiarowych pulpitu sterowniczego, w którym są instalowane nowe urządzenia, lub dodatkowych kosztów wynikających z konieczności zakupu zasilaczy. W przypadku niektórych projektów koszt ułożenia nowych przewodów i kabli może być znaczącym dodatkiem do całkowitych kosztów projektu.

Lepszą alternatywą jest wykorzystanie urządzenia, które może być zasilane wieloma różnymi napięciami, spełni obecne wymagania sieci oraz dostarczy więcej elastyczności dla urządzeń, które także muszą być dodane do sieci w późniejszym terminie. Chociaż wydatki początkowe mogą być nieco wyższe w przypadku przełącznika sieciowego (switcha), który obsługuje te funkcje, późniejsze koszty mogą być zredukowane w trakcie realizacji projektu na skutek wyeliminowania dodatkowych kosztów w późniejszym terminie.

Koszty ponoszone w czasie cyklu życia projektu.

Jednym z najbardziej czasochłonnych, a zatem najbardziej kosztownych zadań przy realizacji projektów w środowiskach przemysłowych jest konfigurowanie urządzeń w sieci tak, aby funkcjonowały poprawnie. Dostępny jest tu szeroki zakres opcji, od najbardziej podstawowych przełączników sieciowych, nieoferujących żadnego wsparcia przy konfiguracji, do dużych pakietów oprogramowania, których koszty są znaczne w rocznym rozrachunku, ale które jednak bardzo pomagają administratorom sieci w procesie konfiguracji.

Ponieważ liczba urządzeń pracujących w sieci wzrasta, tak samo zwiększają się możliwości oszczędzania pieniędzy i czasu. Przedstawimy tu kilka głównych obszarów, które zidentyfikowano już jako oferujące możliwość uzyskania oszczędności i które odnoszą się do etapu konfiguracyjnego projektu. Wszystkie te obszary mają silny wpływ na koszt TCO.

Z powodu konwergencji automatyki przemysłowej i systemów IT w sieciach IIoT, protokoły EtherNet/IP i Profinet muszą mieć możliwość współdziałania w ramach tej samej infrastruktury sieciowej. Urządzenia, które zostały wstępnie skonfigurowane tak, aby umożliwiały tym zasadniczo różnym protokołom automatyczną komunikację, pozwalają administratorom sieci określić, które urządzenie jest urządzeniem typu plug and play. Urządzenia te także często mają już funkcję automatycznego wykrywania i przydzielania adresów IP, co eliminuje czas potrzebny do wykonania konfiguracji ręcznej. Porównajmy to z użyciem tańszych urządzeń, które wymagają znacznie większego wysiłku i czasu przy późniejszej konfiguracji urządzeń w projekcie.

Koszty konfiguracji nie są ograniczone do pierwszego uruchomienia sieci. Każda funkcja, która pozwala na kopiowanie i zapisywanie parametrów konfiguracyjnych urządzenia, da administratorom sieci możliwość ponownego wykorzystania tych parametrów później, co wyeliminuje potrzebę ręcznego konfigurowania nowych urządzeń dodawanych do sieci.

Konfigurowanie jest także znacznie łatwiejsze przy użyciu graficznego interfejsu użytkownika (Graphic User Interface – GUI). Niektóre firmy oferują zaawansowany zestaw do testowania, który pozwala użytkownikom na przetestowanie interfejsu GUI oraz niezależne zweryfikowanie stwierdzenia, że jest on intuicyjny, przed zainstalowaniem nowego urządzenia w sieci. Użycie intuicyjnego interfejsu GUI może zaoszczędzić operatorom sieci dużo czasu przy realizacji projektu.

Kluczowym sposobem na obniżenie kosztów eksploatacji sieci informatycznej jest zminimalizowanie liczby roboczogodzin pracy operatorów, wymaganej do utrzymywania przełączników sieciowych i samej sieci w stanie prawidłowego działania. Dodatkowo zapewnienie odpowiednich produktów do wdrożenia w środowiskach przemysłowych także pomoże w osiągnięciu optymalnej pracy sieci.

Dwiema głównymi przyczynami nieprawidłowego funkcjonowania sieci przemysłowych są jej części ruchome oraz wejścia zasilania, często nazywane słabymi punktami (points of weakness – dosł. punktami słabości – przyp. tłum.). Przełączniki sieciowe, które mają absolutnie minimalną liczbę części ruchomych, są znacznie mniej podatne na nieprawidłowe funkcjonowanie lub awarie, co daje krótszy czas przestoju sieci, a zatem oznacza niższe wydatki. Podobnie, jeśli urządzenie ma dwa wejścia zasilania, a jeden z zasilaczy ulegnie awarii, to drugi będzie utrzymywał to urządzenie w stanie działania, co pozwoli na wymianę uszkodzonego zasilacza bez wstrzymania pracy sieci.

Podczas wdrożeń, dla których okres użytkowania wynosi więcej niż 10 lat, co jest normą dla sieci IT, istnieje duża szansa, że administratorzy zetkną się z jednym z opisanych problemów.

Większość sieci IIoT wykorzystywana jest do sterowania programowalnych sterowników logicznych (PLC). Gdy wykonywana jest planowana konserwacja sieci i sieć ta uruchamia się ponownie (reboot), urządzenie PLC potrzebuje często ok. 20 sekund na ponowne uruchomienie. Jeśli PLC uruchomi się ponownie, zanim sieć będzie gotowa do pracy, wystąpią błędy, które mogą spowodować większe opóźnienia. Switche, które potrafią się uruchomić ponownie w czasie ok. 10 sekund, w odróżnieniu od wymagających 100 sekund, będą gotowe do pracy jak tylko sterownik PLC uruchomi się ponownie, co pozwoli na uniknięcie problemów.

Możliwość szybkiego wglądu w status sieci za pomocą aplikacji lub programu jest jednym z najprostszych sposobów monitorowania sieci. Te aplikacje czy programy mają system alarmujący administratorów, że wystąpiło jakieś zdarzenie, które potencjalnie może spowodować awarię sieci. Alarmowanie administratora systemu, że mógł powstać problem, w odróżnieniu od systemu, który tylko zwyczajnie informuje administratora, że wystąpił problem, jest doskonałym sposobem na zmniejszenie kosztów utrzymania sieci. Te funkcje mogą podwyższyć cenę zakupu switcha, jednak w trakcie realizacji projektu prawdopodobnie spowodują uzyskanie znacznych oszczędności.

Obsługa wielu protokołów ułatwia integrację sterowników PLC z systemem SCADA.

Odnalezienie podstawowej przyczyny awarii i przestoju w dużych sieciach jest zadaniem bardzo czasochłonnym, tak więc każde narzędzie, które pomaga administratorom sieci w identyfikacji punktu awarii i szybkim jej usunięciu, przyniesie znaczne korzyści. Ważną cechą dobrych administratorów sieci jest umiejętność obliczenia, czy dodatkowe koszty tych funkcji, ułatwiających im pracę i zmniejszających czasy przestoju sieci, prawdopodobnie przeważą koszty każdego spodziewanego przestoju.

Urządzenia ze zdalnym dostępem do nich, które mogą być zdalnie konfigurowane, mają bardzo wiele zalet, ponieważ zamiast wykonywania zadania w terenie czy na obiekcie, co wymaga dodatkowych nakładów czasu, przeszkolony specjalista może rozwiązać problemy i wykonać konfigurację tych urządzeń zdalnie z centrum sterowania. Ponadto urządzenie oferujące wsparcie odtwarzania historii zdarzeń pozwala specjaliście na zidentyfikowanie tego, co się wydarzyło w chwili, gdy przełącznik sieciowy uległ awarii, i pomaga projektantom sieci uniknąć tego rodzaju awarii w przyszłości.

Urządzenia, które zapisują parametry konfiguracyjne switcha w kluczu sprzętowym (dongle), są szczególnie pomocne w sytuacjach nieprawidłowego działania switcha. Aby automatycznie zaimportować wszystkie te ustawienia, potrzeba jedynie włożyć z powrotem klucz sprzętowy do odpowiedniego gniazda switcha. Ponieważ nie jest wymagana żadna konfiguracja ręczna, czas przestoju sieci jest zredukowany do minimum.

Administratorzy sieci nie zawsze przebywają w sterowni, dlatego aplikacje mobilne obsługujące powiadomienia o zdarzeniach dają im możliwość znacznie szybszego reagowania na wystąpienie zdarzeń w sieci i szybszego przywracania sieci do stanu normalnego, niż byłoby to możliwe w innej sytuacji.

Technologie redundantnych, samonaprawiających się (self-healing) sieci zapewniają, że pozostają one w ruchu nawet w przypadku awarii pojedynczego węzła. Wdrożenie redundancji, która pozwala na większą elastyczność, dostępność i skalowalność do celów przyszłej rozbudowy sieci, może pomóc uniknąć dodatkowych wydatków w przyszłości.

Planując zakup przełącznika sieciowego, mamy do wyboru duży zakres opcji, od tanich urządzeń bez stałego wsparcia czy aktualizacji firmware’u do przełączników, dla których wsparcie techniczne będzie kosztowało znacznie więcej w trakcie realizacji projektu. Ponieważ switche są często wdrażane w sieciach na czas dłuższy niż 10 lat, to wsparcie techniczne oferowane przez producentów tych urządzeń znacznie wpłynie na koszty eksploatacji w długich odcinkach czasu.

Na przykład obecnie regularnie identyfikowane są nowe zagrożenia dla bezpieczeństwa sieci i firmy, które oferują swoim klientom stałe wsparcie techniczne, często wypuszczają aktualizacje zabezpieczeń w postaci aktualizacji firmware’u, aby wyeliminować nowe cyberzagrożenia. W przeciwnym razie, gdy jakieś urządzenie w sieci jest zagrożone, zaś ciągłe wsparcie techniczne i aktualizacje niedostępne, administrator sieci będzie musiał wymienić to urządzenie albo zaryzykować bezpieczeństwo całej sieci.

Niezawodne przełączniki sieciowe, dla których oferowane jest stałe wsparcie techniczne i długi okres gwarancji, prezentują znaczne korzyści dla administratorów sieci, którzy pragną uzyskać najniższe koszty TCO dla swoich projektów.

Podsumowanie

Po rozważeniu cyklu życia projektu i kosztów ukrytych, które trzeba ponieść w czasie tego cyklu życia, jasne jest, że należy uwzględnić wiele czynników przy określaniu kosztów bezpośrednich i pośrednich całego systemu. Oczywiście administratorzy sieci nigdy nie mogą być w 100% pewni, jakie będą potrzeby i wymagania sieci IIoT w przyszłości, ale pełne zrozumienie przez nich opisanych sześciu etapów zapewnia, że będą bardziej świadomi tego, które urządzenia dają najlepsze szanse na obniżenie kosztu TCO w czasie trwania projektu.

Autor: Richard Wood jest menedżerem produktu w firmie Moxa Inc.

Tłumaczył: Tomasz Haber

Tekst pochodzi z nr 4/2017 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.