Artikkeli: Esimerkkejä redundanssista teollisessa IoT:ssä

Julkaistu 25/09/2023
Kirjoittajana Timeless Technology

Redundanssin määritelmä:

Järjestelmän kriittisten komponenttien tai toimintojen tahallinen kopioiminen järjestelmän luotettavuuden lisäämiseksi, yleensä varmuuskopion tai vikaturvan muodossa, tai järjestelmän todellisen suorituskyvyn parantamiseksi.

Lähde: Redundancy (engineering). (2023, 30. toukokuuta).

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Redundancy_(engineering)

Redundanssi IIoT-sovelluksissa tarkoittaa käytäntöä sisällyttää varmuuskopioita tai päällekkäisiä komponentteja, järjestelmiä tai prosesseja toisiinsa yhdistettyjen järjestelmien luotettavuuden ja saatavuuden varmistamiseksi. Mitä kriittisempi sovellus, sitä enemmän redundanssitoimenpiteitä on käytössä. Redundanssi auttaa vähentämään riskejä, jotka liittyvät laitteisto- tai ohjelmistovikoihin, tietoliikennekatkoihin ja muihin ongelmiin, joita voi ilmetä IIoT-ympäristöissä. Oikein toteutettuina redundanssi:

Vähentää yksittäisiä epäonnistumiskohtia.
Parantaa luotettavuutta ja saatavuutta.
Suojaa tietojen katoamiselta ja korruptiolta.
Lisää verkon ja suojauksen joustavuutta.

Tässä on esimerkkejä redundanssista IoT-sovelluksissa:

Laitteet:

Useita identtisiä IoT-laitteita, jotka suorittavat saman toiminnon. Jos yksi laite epäonnistuu, muut voivat ottaa työtaakan. Esimerkiksi rakennusautomaatiojärjestelmässä useiden lämpötila-anturien käyttö varmistaa tarkat lukemat, vaikka (tai kun) yksi anturi epäonnistuisi.

Tiedonsiirto:

Useiden tiedonsiirtokanavien käyttäminen IoT-laitteiden ja keskuspalvelimen välisen yhteyden varmistamiseksi. Jos yksi kanava epäonnistuu, järjestelmä voi vaihtaa toiseen. Tämä voi tarkoittaa sekä WLAN että matkapuhelinverkkojen käyttöä tiedonsiirtoon.

Yksi yleinen sovellus on käyttää kahta relettä ”sydämenlyönnissä”, jolloin kumpikin laite pingaa toistaan. Kun tiedonsiirto epäonnistuu, voidaan suorittaa toiminto, kuten uudelleenkäynnistys tai ilmoitus käyttäjälle. Suosittu laite tähän tehtävään on X-401™.

Yhdyskäytävät:

Suuremmissa IoT-asennuksissa voidaan käyttää useita yhdyskäytäviä laitteiden yhdistämiseen pilveen. Jos yksi yhdyskäytävä epäonnistuu, laitteet voivat vaihtaa toiseen yhdyskäytävään.

Pilvipalvelu:

Redundanttien pilvipalvelimien tai -palveluiden käyttäminen IoT-tietojen tallentamiseen ja käsittelyyn. Jos yksi palvelin kokee seisokkeja, tietojenkäsittely voidaan siirtää toiselle palvelimelle vaikuttamatta yleiseen toimivuuteen.

Virta:

Sisältää varavirtalähteet, kuten akut tai generaattorit, jotta IoT-laitteet jatkavat toimintaansa sähkökatkojen aikana.

Ohjainten yhdistelmää – kuten X-404™, X-410™ ja X-420™ – voidaan käyttää kuormituksen vähentämiseen aurinko- ja akkukäyttöisissä sovelluksissa. Ne valvovat saatavilla olevaa tehoa ja sammuttavat tietyt ei-kriittiset kuormat virran saatavuuden turvaamiseksi kriittisissä prosesseissa.

Tietojen tallennus:

Sisältää varavirtalähteet, kuten akut tai generaattorit, jotta IoT-laitteet jatkavat toimintaansa sähkökatkojen aikana.

Valinnaisen ControlByWeb-pilvipalvelun avulla käyttäjät voivat ladata tai lähettää lokitiedot FTP-palvelimelle tai sähköpostiosoitteeseen. ControlByWeb-laite tallentaa lokitiedot myös sähkökatkon aikana.

Prosessointi:

Redundantteja prosessointiyksiköitä, jotka voivat ottaa haltuunsa, jos ensisijainen yksikkö epäonnistuu. Tämä on yleistä teollisissa IoT-sovelluksissa, joissa reaaliaikainen käsittely on ratkaisevan tärkeää.

Anturit:

Sisältää päällekkäisiä antureita, jotka valvovat samaa parametria ja tarjoavat johdonmukaiset ja tarkat lukemat, vaikka yksi anturi toimisi väärin.

Kuorman tasapainotus:

Työkuorman jakaminen useiden palvelimien tai solmujen kesken yksittäisen komponentin ylikuormituksen estämiseksi ja resurssien tehokkaan käytön varmistamiseksi.

Firmware/ohjelmisto:

Firmwaren tai ohjelmiston kaksoiskappaleen käyttäminen laitteissa, joissa on mekanismit varmuuskopiointiin siirtymiseksi, jos ensisijainen ohjelmisto kohtaa virheitä.

Jos paikallinen verkko katkeaa, rele voi sammuttaa tai käynnistää uudelleen muut laitteet. Yksi ControlByWeb-asiakas käytti WebRelay™-ohjainta ratkaistakseen ongelman, jossa heidän järjestelmänsä lukkiutui ja ainoa tapa ratkaista ongelma oli suorittaa virta pois ja päälle -toiminto. He eivät saaneet tietää tästä viasta, ennen kuin asiakkaat alkoivat soittaa. WebRelay pingaa nyt järjestelmän ja käynnistää virta pois ja päälle -toiminnon, jos ping epäonnistuu, jolloin järjestelmä voi palautua ja toimia muutamassa minuutissa.

Suojaus:

Useiden suojausmekanismien käyttöönotto IoT-laitteiden suojaamiseksi kyberuhkilta ja tietomurroilta.

Sijainti:

Palvelimiin, datakeskuksiin ja muihin laitteisiin yhdistetyt IoT-laitteet, jotka on jaettu eri fyysisiin paikkoihin paikallisten häiriöiden tai katastrofien vaikutusten vähentämiseksi.

Reititys:

IoT-verkoissa redundanttien reitityspolkujen käyttäminen tietojen reitittämiseen uudelleen verkkovikojen tai ruuhkautumisen varalta.

ControlByWeb – Etäohjaus ja etämonitorointi

ControlByWeb verkkopohjaiset I/O ohjaimet ja kontrollerit ovat erittäin luotettavia ”drop-in” ratkaisuja etäohjaukseen ja -monitorointiin. Ensimmäinen tuote on jo vuodelta 2005 eli WebRelay™, joka on verkko-ohjattu rele sisältäen myös digitaalisen tulon. ControlByWeb on sittemmin valmistanut laajan valikoiman tuotteita teollisuuden automaatioon, tiedonkeruuseen ja seurantaan. Nykyisin ohjaimia ja kontrollereita on saatavilla LAN, WLAN ja mobiili yhteyksillä.

Monet heidän tuotteistaan sisältävät erilaisia tuloja ja lähtöjä (relelähtöjä, digitaalisia ja analogisia tuloja, 1-johdinväylän (1-Wire) lämpötilan ja kosteuden seurantaan jne.), joita voidaan käyttää elektronisten laitteiden kaukoohjaukseen ja -valvontaan. Suurin osa heidän I/O-tuotteistaan tukee sähköposti-ilmoituksia, toimintojen ajoituksia, tallennusta, useita protokollia (Modbus, SNMP, SMTP …) ja monia muita ominaisuuksia.

Kaikissa ControlByWeb-tuotteissa on sisäänrakennetut verkkopalvelimet, jolloin niitä voidaan konfiguroida, monitoroida ja hallita verkkoselaimella tai ilmaisella CBW-mobiilisovelluksella. Ne toimivat kuten standardi RTU (Remote Terminal Unit), joten ne on myös helppo integroida olemassa olevaan prosessiohjaus-järjestelmään. Kummassakaan tapauksessa ei tarvita erityistä ohjelmistoa, ei ajureita asennettavaksi eikä muita ylimääräisiä veloituksellisia palveluita.

Lisäksi on saatavilla ControlByWeb-pilvipalvelu, joka tekee luonnostaan joustavasta I/O-alustasta entistäkin helpomman käytettävän ja hyödyllisemmän kuin koskaan ennen. Huomioitavaa on myös se, että pilvipalvelun käytön veloitus pohjautuu palvelun piirissä olevien laitteiden määristä, ei I/O-pisteiden (endpoint) määristä.