Вам потрібно створювати промислові шлюзи Інтернету речей для складних місць. Ви повинні зробити свій шлюз потужним, безпечним та готовим до зростання. Багато галузей використовують шлюзи Інтернету речей для підключення машин. Вони також використовують їх для обробки даних та підключення до хмари. Світовий ринок промислових шлюзів Інтернету речей у 2024 році становив 2.9 мільярда доларів. Це число зростатиме майже на 12 відсотків щороку до 2030 року. Виробничі компанії використовують понад 42 відсотки цих шлюзів. Ви завжди повинні спочатку враховувати власні потреби, перш ніж створювати або вибирати шлюз.
Ключові винесення
Перш ніж розробляти шлюз Інтернету речей, визначте свої потреби . Зробіть своє рішення відповідним потребам вашої галузі.
Використовуйте шлюзи Інтернету речей для зв'язку пристроїв та хмари. Це допомагає краще обробляти дані та зменшує мережевий трафік.
Зберігайте безпеку, використовуючи надійні паролі. Часто оновлюйте паролі та розділяйте мережі, щоб захистити свій шлюз.
Оберіть обладнання, яке добре підходить для вашого простору. Подумайте, наскільки воно міцне та чи підходить воно для ваших поточних систем.
Оберіть, чи побудувати власний шлюз, чи купити його. Подумайте про час, який знадобиться для вашого проекту, та про те, що вам потрібно.
Роль шлюзів Інтернету речей у промисловості
Підключення пристроїв та хмари
Шлюзи Інтернету речей (IoT) допомагають машинам, датчикам і контролерам взаємодіяти з хмарою. Ці шлюзи одразу отримують дані з пристроїв IoT. Вони допомагають обробляти та сортувати інформацію перед її надсиланням у хмару. Це покращує роботу системи та зменшує мережевий трафік. Ви можете переглянути таблицю нижче, щоб побачити, що роблять шлюзи:
функція | Опис |
|---|---|
Збір даних | Отримує дані з датчиків, пристроїв вводу/виводу та PLCs. |
Перетворення протоколу | Змінює дані у формат, який працює з хмарою. |
Моніторинг в реальному часі | Надає швидку інформацію про виробництво та обладнання. |
Edge Computing | Обробляє дані поруч, щоб зробити роботу швидшою та кращою. |
Безпека | Забезпечує безпеку ваших даних під час їх переміщення та запобігає зовнішнім атакам. |
Ви використовуєте такі протоколи, як Modbus, MQTT , OPC UA, HTTP/HTTPS та TCP/IP, для надсилання даних між пристроями та хмарою. Ці протоколи допомагають забезпечити безпеку та стабільність ваших повідомлень. За допомогою промислового шлюзу Інтернету речей ви можете використовувати периферійні обчислення для швидкого прийняття рішень. Це дозволяє вам швидко реагувати на зміни на заводі.
Поєднання ІТ та ОТ систем
Вам потрібно пов'язати ваші інформаційно-технологічні (ІТ) системи з вашими операційно-технологічними (ОТ) системами. Шлюзи допомагають вам з'єднати ці дві частини. Вони змінюють дані, щоб обидві сторони могли розуміти та спілкуватися одна з одною. Таке з'єднання дозволяє вам спостерігати за машинами та керувати ними з будь-якого місця.
Ось деякі основні переваги використання шлюзів IIoT для з'єднання ІТ та OT:
Менше простоїв
Краща якість продукції
Менше відходів
Вирішення проблем до того, як вони стануть великими
Шлюзи також дозволяють вам керувати всіма вашими пристроями в одному місці. Ви можете легко оновлювати програмне забезпечення, перевіряти пристрої та змінювати налаштування. Перегляд даних у режимі реального часу допомагає вам покращити виробництво та виявляти проблеми на ранній стадії. Інструменти безпеки в шлюзах IIoT захищають ваші OT-системи від хакерів. Ви забезпечуєте безпеку своєї роботи, одночасно обмінюючись даними по всій компанії.
Етапи проектування промислового шлюзу Інтернету речей
Вимоги та варіанти використання
По-перше, вам потрібно знати, для чого ви хочете, щоб ваш промисловий шлюз Інтернету речей виконувався. Різні завдання використовують шлюзи Інтернету речей для різних цілей. На заводах шлюзи допомагають машинам з’єднуватися та полегшувати роботу людям. Шлюзи дозволяють машинам взаємодіяти одна з одною та з хмарою. Це допомагає вам збирати дані та приймати розумніші рішення.
Ось кілька способів використання шлюзів IIoT:
Ви дозволяєте машинам і хмарі одразу говорити.
Ви можете краще відстежувати продукти та ресурси.
Ви додаєте шлюзи до старих заводів для зв'язку джерел даних.
Ви використовуєте периферійну обробку, щоб усунути проблеми та підключитися до ERP-систем, щоб уникнути простоїв.
Ви використовуєте шлюзи у будівництві транспортних засобів, роботів та сільськогосподарських датчиків.
Ви стежите за лічильниками та конвеєрами у гірничодобувній промисловості та на важких роботах.
Вам потрібні надійні датчики та пристрої, оскільки на заводах можуть бути складні умови.
Галузеві правила визначають ваші потреби. Ви повинні дотримуватися правил безпеки, співпраці та ціни. У таблиці нижче показано, як правила змінюють дизайн вашого шлюзу:
Вплив стандартів на проектування шлюзів IIoT | Опис |
|---|---|
Відповідність кібербезпеці | Забезпечує безпеку шлюзів IIoT від загроз. |
Покращення сумісності | Правила допомагають продуктам різних виробників працювати разом. |
Зменшення витрат | Використання правил може здешевити будівництво, надаючи найкращі способи виконання завдань. |
Адаптація до унікальних викликів IIoT | Правила повинні відповідати спеціальним ризикам та проблемам IIoT. |
Апаратні опції для шлюзів Інтернету речей
У вас є багато варіантів апаратного забезпечення для вашого промислового шлюзу Інтернету речей. Ви можете вибрати одноплатні комп'ютери, системи на модулях або мікроконтролери. Кожен з них має свої переваги та недоліки. У таблиці нижче показано порівняння деяких популярних моделей шлюзів:
Модель шлюзу | Стільниковий зв'язок | Сильні | Слабкі сторони |
|---|---|---|---|
Raspberry Pi 4 Модель B | Не вбудований; потрібні додаткові адаптери | Дуже дешево, гнучко та має велику спільноту. | Не створено для заводів, немає вбудованого стільникового зв'язку, потребує додаткової роботи з безпеки. |
Siemens Simatic IoT2050 | Потрібні карти Mini PCIe для стільникового зв'язку | Дуже надійний та добре працює з Siemens PLCs. | Важче вивчити, стільниковий зв'язок — це додаткова частина. |
Rockwell Automation Optix Edge | Стільниковий зв'язок не є основною функцією | Чудово працює з контролерами Logix та FactoryTalk. | Немає вбудованого стільникового зв'язку, створено для певних систем. |
Dell Edge Gateway серії 5000 | Потрібні додаткові слоти для стільникового зв'язку | Потужні чіпи Intel, якісна збірка та всесвітня підтримка. | Призначено більше для ІТ, може знадобитися інше програмне забезпечення. |
Робустел EG5120 | Має вбудований глобальний 4G LTE Cat 4 з двома SIM-картами | Швидкий ARM-чіп, має вбудований стільниковий зв'язок. | N / A |
Також слід подумати про те, як довго прослужить ваше обладнання. Деякі моделі, як-от серія RCO-1000, призначені для важливих завдань. Вони дуже міцні, служать довго та добре переносять нагрівання. Інші, як-от Raspberry Pi, добре підходять для лабораторій, але можуть не витримати випробувань у складних умовах. Завжди перевіряйте, чи має ваше обладнання відповідні сертифікати та чи може воно витримувати важку роботу.
Проектування та виготовлення друкованих плат
Коли ви створюєте друковану плату для вашого IoT-шлюзу, вам потрібно подумати про те, наскільки добре вона працюватиме та як довго служитиме. Гарний дизайн друкованої плати допомагає вашому шлюзу працювати краще та служити довше. Ось кілька порад:
Виберіть матеріали для друкованих плат, які відповідають вашим потребам.
Використовуйте більше шарів для складної проводки та блокування сигналів.
Розмістіть деталі з чіткими позначками та місцем для машин.
Переконайтеся, що отвори правильно підходять до деталей.
Вибирайте деталі, які можуть згинатися та трястися, не ламаючись.
Використовуйте правильну температуру для паяння, зазвичай 245-260°C.
Використовуйте лазерні трафарети для нанесення паяльної пасти.
Для якісного паяння рівномірно розподіліть флюс.
Перевірте плату після паяння, щоб швидко знайти проблеми.
Вам слід багато разів зібрати та протестувати свою друковану плату. Це допоможе вам знайти та виправити помилки, перш ніж зробити забагато. Якщо ваш шлюз використовує бездротовий зв'язок, узгодьте лінії антени та друкованої плати для найкращого сигналу. Додайте апаратне шифрування та безпечне завантаження, щоб захистити свої дані.
Порада: Використання модульних та еталонних проєктів може пришвидшити розробку схеми . Ви можете використовувати вже працюючі проєкти та змінювати їх відповідно до своїх потреб.
Підключення та периферійні обчислення
Ваш промисловий шлюз Інтернету речей повинен підключатися до багатьох пристроїв та мереж. Ви можете використовувати дротове або бездротове з'єднання. Дротове з'єднання є стабільним. Бездротове з'єднання, таке як 4G або 5G, дозволяє розміщувати шлюзи в більшій кількості місць.
Варіант підключення | Вплив на продуктивність периферійних обчислень |
|---|---|
Дротова та бездротова | Дозволяє перемикатися або робити резервне копіювання, щоб дані продовжували переміщуватися навіть у разі збою мережі. |
Локальний прорив | Пришвидшує роботу, дозволяючи даним залишати стільникову мережу поблизу. |
Зберігає дані в одному й тому ж місці, що спрощує керування. | |
Єдине управління | Забезпечує однакову роботу з’єднань скрізь, що важливо для периферійних завдань. |
Контроль витрат | Знімає плату за роумінг, тому використання великої кількості даних коштує менше. |
Периферійні обчислення дозволяють обробляти дані поблизу місця їх створення. Це означає менше очікування та економію місця для даних. Ви можете сортувати та вивчати дані на периферії, перш ніж відправляти їх у хмару. Завдяки 5G та периферійним обчисленням ви отримуєте вищу швидкість та менше очікування. Це важливо для отримання даних у режимі реального часу та швидкого прийняття рішень на вашому заводі.
Периферійні обчислення пришвидшують роботу, обробляючи дані поблизу.
Ви економите місце для даних, оскільки менше даних потрапляє в хмару.
5G забезпечує більшу швидкість та менше очікування для роботи в режимі реального часу.
Міркування щодо безпеки
Вам потрібно захистити свій промисловий шлюз Інтернету речей від атак. Безпека починається з операційної системи та мережі. Використовуйте надійні паролі, часто оновлюйте програмне забезпечення та розділяйте свою мережу на частини. Завжди змінюйте свій план безпеки для власної конфігурації, незалежно від того, чи використовуєте ви хмару, чи власні сервери.
«Важливими кроками безпеки для проектування промислових шлюзів Інтернету речей є підвищення міцності операційної системи, розділення мережі, забезпечення безпеки хмари та постійна перевірка безпеки. Експерти кажуть, що вам потрібні надійні паролі, регулярні оновлення та плани безпеки, розроблені для вашої системи».
Поширеними проблемами є старі протоколи, програмні помилки, слабкі блокування та неправильні налаштування. Зловмисники можуть атакувати ваші шлюзи за допомогою шкідливого програмного забезпечення або використовувати проблеми в конвертерах. Ви повинні постійно оновлювати свій модуль безпеки та стежити за своїми пристроями на наявність проблем.
Тип уразливості | Опис |
|---|---|
Застарілі протоколи | Багато контролерів використовують старі протоколи, тому їх можна атакувати. |
Уразливості програмного забезпечення | Помилки в шлюзах Інтернету речей можуть дозволити зловмисникам проникнути всередину та керувати пристроями. |
Слабкі сторони фізичної безпеки | Якщо хтось отримає доступ до вашого пристрою, він може втрутитися у вашу систему. |
Проблеми конфігурації | Неправильні налаштування шлюзів Інтернету речей можуть призвести до проникнення зловмисників. |
Шкідливе програмне забезпечення, спрямоване на промислові протоколи | Шкідливе програмне забезпечення, таке як FrostyGoop та Fuxnet, атакує слабкі місця в промислових повідомленнях. |
Експлойти в даркнеті | Нові проблеми в шлюзах Інтернету речей можна продати за великі гроші. |
Критичні вразливості в конвертерах | Проблеми в перетворювачах можуть дозволити зловмисникам контролювати все підключене обладнання. |
Вам завжди слід додавати модуль безпеки до вашого шлюзу. Це допомагає захистити дані, повідомлення та інструменти спостереження. Роблячи це, ви можете створити потужний, безпечний та надійний промисловий шлюз Інтернету речей.
Довідкові проекти та ключові компоненти
Загальні архітектури для шлюзів Інтернету речей
Ви можете використовувати еталонні проекти, щоб швидше завершити свій проект шлюзу. Ці проекти показують, як підключати датчики, обробляти дані та надсилати їх у хмару. Наприклад, проект TIDEP0084 використовує процесор TI Sitara та пристрої SimpleLink. Він підключає датчики до бездротової мережі великого радіуса дії та працює з хмарними додатками. У таблиці нижче показано, що робить цей проект:
Еталонний дизайн | Опис |
|---|---|
TIDEP0084 | Ця конструкція підключає датчики до хмари за допомогою бездротової мережі великого радіуса дії на частоті менше 1 ГГц. Вона добре підходить для таких завдань, як управління будівлями та відстеження активів. Вона використовує шлюз Linux та процесор TI Sitara AM335x із пристроями SimpleLink. Конструкція має вже налаштоване програмне забезпечення для підключення та використання хмарних додатків. |
Вам слід обирати модульні конструкції . Модульність дозволяє додавати нові речі або замінювати частини, не змінюючи все. Це спрощує зміну та оновлення вашого шлюзу. Мікросервісна архітектура допомагає виправляти або оновлювати одну частину, не зупиняючи інші. Ви можете збільшити свою систему Інтернету речей за потреби.
Порада: Модульні конструкції допомагають використовувати нові технології та швидше виправляти проблеми.
Основні електронні компоненти
Вам потрібні спеціальні деталі, щоб побудувати надійний промисловий шлюз. Ці деталі допомагають вашому пристрою працювати у складних умовах та зберігати дані в безпеці. Ось основні деталі, які вам знадобляться:
Процесор: виконує команди та обробляє дані.
Оперативна пам'ять: Забезпечує місце для швидкої роботи з даними.
Комунікаційний модуль: підключається до датчиків та хмари.
Модуль перетворення протоколів: Змінює дані між форматами.
Інтерфейси польової шини: зв'язки зі старими заводськими системами.
Модуль периферійних обчислень: обробляє дані поблизу місця їх створення.
Модуль безпеки та захисту: Захищає від кіберзагроз.
Модуль живлення: Забезпечує працездатність шлюзу у важкодоступних місцях.
Корпус та терморегуляція: захищає деталі від тепла та пилу.
Вам також потрібні такі речі, як безпечне завантаження, зашифроване сховище, брандмауери та підтримка VPN. Вони захищають ваш шлюз Інтернету речей від атак. Сторожові таймери та віддалене керування допомагають виправляти проблеми, перш ніж вони зупинять вашу систему. Завдяки цим ключовим компонентам ваш шлюз може добре збирати, обробляти та надсилати дані на будь-якому заводі.
Побудувати чи купити шлюз Інтернету речей?
Вибір між створенням та купівлею шлюзу Інтернету речей – це важливе рішення. Вам потрібно подумати про те, що вам потрібно, скільки у вас є грошей і як швидко ви хочете, щоб ваш проект Інтернету речей був готовий. Обидва варіанти мають свої переваги та недоліки.
Плюси та мінуси будівництва
Якщо ви створюєте власний шлюз, ви можете додавати спеціальні речі. Ви можете підключати багато видів пристроїв Інтернету речей. Ви отримуєте більше контролю над безпекою та можете адаптувати його до вашого заводу. Але будівництво займає більше часу та коштує більше грошей. Вам потрібні експерти, які допоможуть вам створити та відремонтувати шлюз. Вам також доведеться самостійно виконувати оновлення та ремонт.
Ось таблиця, яка допоможе вам порівняти:
Переваги користувацького шлюзу Інтернету речей | Недоліки готових рішень |
|---|---|
Індивідуальні функції та можливості інтеграції | Обмежені можливості налаштування |
Розширена інтеграція зі старими системами | Високі витрати на обслуговування зі зростанням складності |
Унікальні характеристики для конкурентної переваги | Повільніше впроваджується порівняно з індивідуальними рішеннями |
Довгострокова економічна ефективність | Може не відповідати певним вимогам до дотримання вимог |
Посилений контроль безпеки та конфіденційності | Менша гнучкість для масштабування та адаптації |
Ви отримуєте надійний захист, підтримку багатьох протоколів та віддалене керування. Але спочатку вам доведеться заплатити більше та налаштувати все самостійно.
Коли купувати в готовому вигляді
Купівля готового шлюзу може заощадити ваш час і знизити ризики. Ви можете завершити свій IoT-проект на 6-12 місяців швидше. Це добре, якщо ви хочете швидко запустити свій продукт. Готові шлюзи часто постачаються з допомогою, оновленнями та сертифікатами. Це означає, що ви менше турбуєтеся про те, що щось може зламатися або зупинитися.
Під час покупки перевірте такі речі:
Інструменти безпеки для захисту ваших даних
Споживання енергії, що має значення для роботи на відстані
Якщо він достатньо міцний для важких місць
Наскільки добре він обробляє дані для периферійної аналітики
Якщо компанія надає якісну допомогу та обслуговування
Якщо ви можете легко оновити програмне забезпечення
Якщо ціна справедлива за те, що ви отримуєте
Готові шлюзи найкраще підходять, коли вам потрібні базові речі, такі як налаштування пристроїв та їх оновлення здалеку. Вони можуть не працювати, якщо вам потрібно щось особливе або ви хочете, щоб ваш продукт був іншим.
Фактори прийняття бізнес-рішень
Вам слід подумати про ціну, якість та те, що робить ваш продукт особливим. Збірка дозволяє додавати цікаві функції, але купівля може заощадити гроші та покращити роботу. Для великих проектів важлива загальна вартість з часом. Спочатку збірка може здаватися дешевшою, але пізніше ви заплатите більше за виготовлення, тестування та ремонт. Готові шлюзи можуть бути кращою пропозицією, якщо вам їх потрібно багато або ви повинні дотримуватися суворих правил.
Тип функції | Опис |
|---|---|
Загальні особливості | Потрібно для більшості продуктів, таких як налаштування та оновлення пристроїв. Купівля зазвичай краща. |
Відмінні особливості | Дасть вам перевагу та може потребувати розробки індивідуального шлюзу. |
Порада: Якщо вам потрібно швидко розвиватися або ви хочете зменшити ризики, купіть готовий шлюз. Якщо вам потрібні особливі речі або ви хочете повного контролю, найкращим варіантом може бути створення власного шлюзу.
Завжди вибирайте те, що відповідає вашим бізнес-цілям та потребам ваших даних і пристроїв.
Ви можете створити потужний промисловий шлюз Інтернету речей, виконавши прості кроки. Завжди переконайтеся, що ваш шлюз відповідає потребам вашого заводу. Плануйте так, щоб ваш шлюз міг розширюватися в майбутньому. Завжди пам’ятайте про безпеку. Ось деякі речі, які ви можете зробити далі:
Оберіть обладнання, яке підходить для вашої роботи та є стабільним.
Сплануйте мережу для вашого сайту та визначте кількість пристроїв, які у вас будуть.
Налаштуйте програмне забезпечення та засоби безпеки для забезпечення безпеки.
Вибирайте протоколи передачі даних, які підходять для завдань у режимі реального часу.
Складіть план безпеки з брандмауерами та регулярними перевірками.
Налаштуйте віддалений моніторинг та способи швидкого вирішення проблем.
Використовуйте прогнозне обслуговування та підтримуйте системи в актуальному стані.
Звертайте увагу на нові ризики безпеки та переконайтеся, що ваш шлюз може змінюватися за потреби.
FAQ
Яке основне завдання промислового шлюзу Інтернету речей?
Промисловий шлюз Інтернету речей допомагає машинам і датчикам взаємодіяти з хмарою. Він збирає дані, змінює спосіб їх надсилання та захищає вашу мережу.
Як забезпечити безпеку шлюзу Інтернету речей?
Вам потрібно створювати надійні паролі та часто оновлювати програмне забезпечення. Налаштуйте брандмауери для блокування шкідливого трафіку. Завжди перевіряйте свої пристрої на наявність проблем і використовуйте безпечне завантаження для їхньої безпеки.
Чи можна використовувати Raspberry Pi як промисловий шлюз?
Raspberry Pi добре підходить для навчання або тестування ідей. На реальних заводах потрібне міцніше обладнання . Воно повинно витримувати нагрівання, пил і працювати тривалий час.
Які протоколи підтримують промислові шлюзи Інтернету речей?
MQTT
Modbus
OPC UA
HTTP / HTTPS
TCP / IP
Ці протоколи дозволяють вашим пристроям обмінюватися даними один з одним та з хмарою.
