Boîte de devis Kyle

Une approche d’ingénierie des systèmes à l’IA

La plupart des fabricants d’équipement d’origine automatisent leurs machines industrielles en utilisant des technologies éprouvées de PLC ou de contrôleur dédié pour une bonne raison: ils offrent le summum de la fiabilité. Et bien que les capacités et la facilité d’utilisation de ces plates-formes traditionnelles aient progressé, elles restent à la traîne de la plupart des fonctionnalités offertes par les technologies de consommation courantes.

Aujourd’hui, les développeurs de logiciels pour le marché grand public profitent du code open source pour permettre la connectivité, les bases de données, la visualisation et plus encore. Les développeurs établis dans le domaine des technologies opérationnelles industrielles (OT) trouvent également des applications où ils souhaitent utiliser certaines de ces mêmes caractéristiques open source. Jusqu’à récemment, les plates-formes industrielles ne permettaient pas à ces composants de s’insérer si facilement.

Les utilisateurs finaux d’automatisation des machines trouveront désormais des options pour ajouter des projets open source afin d’activer de nouvelles fonctionnalités pour les plates-formes de contrôle industriel dédiées, leur permettant de créer des fonctionnalités avancées combinées à une fiabilité traditionnelle. Cela ouvre également la porte aux implémenteurs pour engager une nouvelle génération de développeurs, concepteurs et ingénieurs déjà familiarisés avec l’open source. En bref, l’open source peut aider les OEM et les utilisateurs finaux à développer des solutions hautes performances.

Pourquoi l’Open Source?

Ces dernières années, un nombre croissant de consommateurs ont découvert des microcontrôleurs comme le Raspberry Pi et Arduino pour créer toutes sortes d’applications d’automatisation et d’information. Parfois, ces utilisateurs sont connus sous le nom de communauté «maker» et leurs projets sont appelés projets «homebrew». Certains considèrent cela comme le fondement de l’Internet des objets (IoT).

Les microcontrôleurs peuvent être une bonne plate-forme de développement dans de nombreux cas. Les implémenteurs sont capables de mélanger et de faire correspondre de nombreux types de langages de programmation et de constructions pour répondre aux besoins. En outre, une grande partie de l’environnement de codage est basée sur et s’appuie sur des projets open source.

Par exemple, au lieu de créer un système d’exploitation de base ou d’acheter une version propriétaire, les utilisateurs de Raspberry Pi bénéficient d’une distribution éprouvée de Linux, développée et améliorée au fil des décennies. Les communications sont basées sur Ethernet câblé standard et Wi-Fi, en utilisant des protocoles sécurisés compatibles avec les pare-feu. Les utilisateurs peuvent créer du code en C ++, Python ou de nombreux autres langages, et s’ils ont besoin d’une base de données, ils peuvent choisir parmi diverses options. Tous ces éléments sont gratuits et soutenus par de grandes communautés de développement.

Bien que les plates-formes de microcontrôleur comme Raspberry Pi soient très performantes, elles ne sont généralement pas suffisamment robustes et fiables pour les applications industrielles critiques. Cependant, ils fournissent une base sur la façon dont un approvisionnement ouvert réussi peut contribuer aux applications industrielles.

Les éléments open source comme l'outil de programmation visuelle Node-RED peuvent être très utiles pour communiquer des données d'automatisation industrielle.Les éléments open source comme l’outil de programmation visuelle Node-RED peuvent être très utiles pour communiquer des données d’automatisation industrielle.Emerson

Avantages industriels de l’open source

Pour avoir un aperçu de la façon dont l’open source peut améliorer l’automatisation industrielle, il peut être utile de réfléchir à la manière et aux raisons pour lesquelles les premières automatisations câblées ont progressé vers les automates.

Avant l’essor des API commercialement viables au début des années 80, l’automatisation était en grande partie réalisée avec des composants pneumatiques et des appareils électriques tels que des relais. Les grands schémas de contrôle, comme pour la logique de la machine ou de l’ascenseur, nécessitaient d’énormes relais câblés et armoires de minuterie. Celles-ci étaient compliquées à concevoir, coûteuses à construire et difficiles à entretenir.

Les automates ont virtualisé efficacement les relais physiques en logiciels et ont fait la plupart des fonctions de contrôle en temps réel basées sur une bibliothèque. Au lieu de réinventer les fondamentaux à chaque fois sous la forme d’instances tangibles spécifiques, les utilisateurs peuvent choisir parmi des commandes standard et reproduire facilement leur travail. Alors que les plates-formes PLC elles-mêmes étaient propriétaires, elles permettaient des concepts de plate-forme ouverte d’objets de bibliothèque et de réutilisabilité.

Plus que Homebrew

S’appuyant sur ces idées, les utilisateurs industriels d’aujourd’hui intègrent une technologie open source informatique avec leurs systèmes d’automatisation de machines basés sur OT. Dans une large mesure, cela est motivé par le désir d’intégrer la communication Industrial IoT (IIoT) avec l’automatisation des machines, qui était généralement principalement autonome.

L’open source offre un moyen flexible de communiquer les données des machines aux systèmes distants et basés sur le cloud. D’autres bons cas d’utilisation ajoutent des capacités avancées de calcul opérationnel et analytique directement sur une machine. L’open source peut également permettre une visualisation simplifiée du tableau de bord des informations opérationnelles et des indicateurs de performance clés (KPI).

Ces éléments open source conviennent parfaitement aux applications de machines industrielles:

  • Ubuntu Linux: un système d’exploitation à usage général pour l’hébergement d’autres logiciels
  • Cockpit: gestionnaire de serveur Linux distant léger
  • Docker: moteur de virtualisation et de gestion soigneuse des «conteneurs» d’applications
  • Portainer: ensemble d’outils pour gérer les environnements Docker
  • Node-RED: outil de programmation graphique pour configurer les flux de données pilotés par les événements
  • Influx DB: base de données chronologiques
  • Grafana: logiciel d’analyse et de visualisation (tableaux de bord, tendances, graphiques, graphiques)
  • OPC UA: spécification du protocole de communications industrielles communes
  • MQTT: transport Ethernet léger

Le choix d’environnements de développement industriel traditionnels peut être considéré comme la commande d’un dîner à emporter à partir d’un menu limité. L’open source, en revanche, est un peu comme ouvrir votre réfrigérateur rempli et sélectionner les ingrédients afin que vous puissiez cuisiner exactement ce que vous voulez. Les plats à emporter sont certainement réalisables, mais préparer son propre repas peut être moins cher, plus sain, plus savoureux et plus satisfaisant.

La question devient donc la suivante: comment un ingénieur de contrôle OT typique intègre-t-il ces concepts open source, souvent associés au groupe informatique, de manière simple et fiable?

Les applications open source conteneurisées sont plus faciles à gérer et à déployer pour les utilisateurs, même sur du matériel situé en périphérie, par rapport à plusieurs systèmes d'exploitation sur des PC traditionnels.Les applications open source conteneurisées sont plus faciles à gérer et à déployer pour les utilisateurs, même sur du matériel situé en périphérie, par rapport à plusieurs systèmes d’exploitation sur des PC traditionnels.Emerson

Marier l’informatique avec OT

Certains utilisateurs entreprenants ont comblé l’écart IT / OT en ajoutant des microcontrôleurs grand public à l’automatisation PLC classique. Cela peut bien fonctionner comme preuve de concept mais peut ne pas fournir la fiabilité souhaitée pour un déploiement de masse.

Une meilleure option émerge, car certains fournisseurs ont organisé des applications logicielles et développé des plates-formes d’automatisation prenant directement en charge l’utilisation de logiciels open source sur des systèmes de qualité industrielle.

Par exemple, Emerson a assemblé une plate-forme d’activation d’application IIoT appelée PACEdge. Les utilisateurs finaux industriels bénéficient de ce type de pile logicielle car les applications les plus utiles et pertinentes sont regroupées sous une seule installation.

Dans ce modèle, la plupart des applications sont exploitées dans des conteneurs. Tout comme la virtualisation permet à de nombreux systèmes d’exploitation indépendants et autosuffisants de s’exécuter sur une seule plate-forme informatique, les conteneurs permettent à de nombreuses applications individuelles de fonctionner sous un seul système d’exploitation.

La conteneurisation facilite la gestion de plusieurs applications par les utilisateurs et permet à chaque application de s’exécuter en toute sécurité, mais avec des options réglementées pour interagir avec d’autres applications. Chaque application comporte toutes ses dépendances nécessaires afin de pouvoir fonctionner de manière autonome, offrant une bonne flexibilité.

Les systèmes d’exploitation, l’environnement de conteneur et les applications sont organisés de manière à être accessibles et gérés via des interfaces utilisateur graphiques au lieu de simples lignes de commande. Cela permet au personnel OT de travailler plus facilement avec ce logiciel davantage orienté informatique.

La prise en charge est simplifiée en offrant ce package open source avec contrôle de version, configurations standard et option de réinitialisation d’usine. Pour être clair, la configuration n’est pas verrouillée, donc la communauté de bricolage peut compléter et mettre à jour le logiciel à sa guise, en évoluant avec le temps. Cependant, il existe toujours un moyen propre de revenir à une configuration connue.

Ces fonctionnalités atténuent l’une des plus grandes préoccupations liées à la mise en œuvre de l’open source par rapport aux écosystèmes fermés: la mise à l’échelle. Les déploiements semi-personnalisés sont utiles pour des installations uniques et spécifiques, mais sont souvent considérés comme un problème administratif, car ils doivent être étendus et déployés à grande échelle. Cette douleur est soulagée par des configurations et des plates-formes standardisées.

Le contrôleur de périphérie Emerson RX3i CPL410 fonctionne à la fois comme un API et comme un ordinateur polyvalent situé en périphérie, idéalement positionné pour exécuter des applications d'activation IIoT ouvertes.Le contrôleur de périphérie Emerson RX3i CPL410 fonctionne à la fois comme un API et comme un ordinateur polyvalent situé en périphérie, idéalement positionné pour exécuter des applications d’activation IIoT ouvertes.Emerson

Courir sur le bord

Une pile logicielle IIoT standard peut être déployée sur de nombreuses plateformes cibles. Il peut fonctionner sur un petit microcontrôleur Linux pour servir de passerelle, ou sur un PC industriel ou de consommation pour offrir des performances informatiques, de connectivité et de stockage beaucoup plus élevées.

Une plate-forme cible plus convaincante pour l’automatisation des machines est un contrôleur de pointe industriel, qui utilise la virtualisation matérielle pour fournir un environnement informatique Linux à usage général aux côtés d’un système de type API déterministe, avec des communications sécurisées et à grande vitesse entre les deux assurées via OPC UA.

Le matériel du contrôleur Edge est conçu pour résister aux rigueurs de la machine et du service de fabrication. Les éléments IIoT open source sont positionnés pour un accès direct à faible latence aux données provenant du côté contrôle déterministe et peuvent communiquer ces données à des systèmes informatiques de supervision. De plus, l’informatique open source peut informer le côté déterministe des paramètres sélectionnés par l’utilisateur et des paramètres opérationnels optimisés.

L’open source en action

Un fabricant fournit des systèmes pneumatiques industriels intelligents, capables d’interagir avec l’automatisation des API de supervision via des connexions en réseau.

Pour aider les utilisateurs à tirer le meilleur parti de ces composants intelligents, le fabricant a développé une solution de pile logicielle IIoT hébergée dans ce cas par un PC industriel au lieu d’un contrôleur de bord, afin d’accéder aux données étendues disponibles à partir des composants.

Cette offre IIoT à valeur ajoutée fonctionne en parallèle avec l’automatisation de l’utilisateur final et les composants pneumatiques. Il fournit un moyen enfichable pour identifier les fuites d’air, indiquer l’état opérationnel et assurer une maintenance prédictive pour des éléments tels que les joints de cylindre.

Les applications IIoT ouvertes peuvent aider les utilisateurs à développer facilement des solutions d'analyse et de visualisation de pointe, comme cet exemple de suivi de la consommation d'air.Les applications IIoT ouvertes peuvent aider les utilisateurs à développer facilement des solutions d’analyse et de visualisation de pointe, comme cet exemple de suivi de la consommation d’air.Emerson

Pilotes Open Automation Automation

Les fabricants de machines et les utilisateurs finaux sont confrontés à des défis lorsqu’ils adoptent les dernières technologies de manière efficace tout en préservant la fiabilité. En outre, la main-d’œuvre entrante connaît mieux les systèmes logiciels ouverts modernes et peut être résistante aux plates-formes héritées.

Ces préoccupations peuvent être atténuées par des options informatiques open source, fournies via une pile logicielle IIoT et hébergées par des contrôleurs de périphérie ou des dispositifs informatiques industriels.

Offert en tant que package standard, les utilisateurs finaux peuvent profiter de modèles communs pour créer des applications et accélérer le temps de développement. Cela aide les utilisateurs finaux et les OEM à développer des solutions OT d’automatisation des machines hautes performances intégrant les dernières avancées informatiques.

Kyle Hable est un chef de produit responsable de l’intégration et de l’avancement de la technologie IIoT et des technologies de pointe dans le portefeuille de produits des solutions d’automatisation des machines d’Emerson. Il a passé toute sa carrière à connecter des données et des objets embarqués à des réseaux Ethernet.

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