A convergência IT-OT

A convergência IT-OT

Historizando e recuperando dados do módulo M580 OPC UA via Node-Red + Microsoft Power BI.

Rafael Dauanny Eloi

19 de junho V1.0

Abstract

A convergência de OT (Tecnologia da Informação) (Tecnologia Operacional) é uma filosofia na qual os dados produzidos nos dispositivos finais (dispositivos conectados) são armazenados, processados e acionados diretamente nas bordas da rede e podem ser combinados com dados de interface de aplicativo de programação externa (API) de nuvens ou sistemas corporativos. Neste artigo discutiremos métodos de aquisição de dados de fontes heterogêneas por meio de APIs, protocolos de comunicação industrial e publicação de dados para nuvens usando a plataforma Node-Red. Diagnóstico de sistemas, gerenciamento de ativos e até previsão usando técnicas avançadas de aprendizagem podem ser criados a partir dessa estrutura.

Palavras-chave: Tecnologia da Informação, Tecnologia Operacional, Gestão de Ativos, API, Node-Red, Machine Learning, Business Intelligence.

Introdução

Embora seja possível construir sistemas baseados em aplicativos de IoT interativos em tempo real usando ferramentas tradicionais de programação, pode ser difícil, exigindo que os desenvolvedores aprendam novos protocolos e APIs, criem componentes de dados e os conectem. Para proporcionar mais flexibilidade, mantendo a facilidade de uso, várias plataformas (Baroth , E. e Hartsough , C. 1995 ; Blackstock , M. e Lea, R. 2012 ) fornecem um paradigma de programação de fluxo de dados onde programas de computador são modelados como gráficos direcionados conectando redes de nós ‘caixa preta’ que trocam dados sobre arcos conectados. Este simples paradigma, embora não necessariamente expresso visualmente, está no centro de várias linguagens de programação visual. As linguagens de programação de fluxo de dados visuais (VDFPLs) (Johnston, WM et al., 2004) têm sido usadas em muitos outros domínios, como computação paralela de alto desempenho, aproveitando processadores multi-core, música, brinquedos e aplicações industriais. Dois sistemas de fluxo de dados baseados na Web em particular; o Processador WoTKit (Blackstock, M. e Lea, R. 2012) e Node-RED (Node-RED: http://nodered.org/) começam a abordar cenários interativos de IoT como estes. WoTKit Processor é um sistema multiusuário para executar programas de fluxo de dados na nuvem, enquanto o NodeRED é um kit de ferramentas para o desenvolvimento de fluxos de dados em dispositivos e servidores. Neste artigo usaremos o Node-Red, que abordará algumas ferramentas de plataforma baseadas em bibliotecas abertas de código aberto úteis para a criação de sistemas, aplicativos, dashboards, diagnósticos, gerenciamento de ativos e aprendizado avançado de biblioteca de máquinas para análise, previsão e mineração de dados.

• 1. Node-RED

O Node-RED é uma ferramenta baseada na Web para conectar dispositivos de hardware e APIs. Ele também fornece um editor de fluxo baseado em navegador (Figura 1). Ele é implementado no JavaScript usando a estrutura .js Node, aproveitando o modelo de evento interno Do nó e o suporte nativo para JavaScript no editor de cliente e servidor.

• 1. Conceito

O Node-RED fornece editor baseado em fluxo no navegador que facilita a conexão de dispositivos, PIs e serviços on-line usando grande variedade de blocos (nodes em paletes). Você pode implantar os fluxos no ambiente de tempo de execução .js Node com um único clique. Os aplicativos são construídos por fluxos de dados (linhas) e blocos de função. A plataforma ganhou grande popularidade no espaço IoT, modelando pequenas partes da funcionalidade do aplicativo entre dispositivos IoT, como sensores, câmeras e roteadores sem fio. Mas hoje já pode ser usado para muitos casos, dependendo apenas da criatividade do arquiteto.

• 1. Bibliotecas (Paletes)

O compartilhamento de bibliotecas avançadas tem sido uma prática comum há algum tempo. Técnicas e algoritmos que grandes empresas de diferentes segmentos já usam em seus sistemas podem ser encontrados em repositórios ou compartilhando sites sem nenhum custo. Essa prática começou no segmento de web e marketing digital, mas já tem sido utilizada na indústria, no setor de energia e medicina. O nó vermelho tem um diretório online de bibliotecas abertas chamada Palete. O palete contém todos os nós instalados e disponíveis para uso que são organizados em várias categorias, com entradas, saídas e funções na parte superior. Se houver algum sub-fluxo, eles aparecerão em uma categoria na parte superior da paleta.

Motivação

O desenvolvimento de sistemas complexos e personalizados requer tempo e investimento e a maioria deles não alcança o retorno esperado. As plataformas de código aberto podem agregar valor rapidamente e com um baixo custo de desenvolvimento e esforço de acordo com o conceito MVP (Minimum Viable Product).

EcoStruxure™ OPC UA – BME NUA 0100 – Visão geral

BMENUA0100 é um módulo de comunicação Ethernet M580 com servidor OPC UA incorporado. Uma futura comunicação à prova com conectividade aberta e segurança.

OPC UA (IEC 62541) é uma plataforma de comunicação

• 1. Perfis descobriveis fornecem escalabilidade de dispositivos IoT para servidores de nível corporativo
  2. Espaço de endereço orientado por objetos com variáveis e métodos
  3. Modelo de informações sofisticado, incluindo contexto via meta-dados
  4. Transportes amigáveis e roteáveis de TI com interoperabilidade certificada
  5. Assado em cibersegurança com criptografia e autenticação
  6. Serviços sofisticados, incluindo descoberta, assinaturas, consulta, método

Por que?

• 1. Modbus/TCP move dados de um lugar para outro
  2. OPC UA fornece um meta modelo e arquitetura de serviço segura
  3. Padrão único do dispositivo OT para o servidor de TI

De forma que…

• 1. Simplifica engenharia, operações e manutenção
  2. Reduz erros e retrabalhe
  3. Torna os sistemas menos frágeis
  4. Estrutura OPC UA

Módulo BME NUA 0100 – Principais Características

• 1. Conectividade simplificada, segura e futura para aplicações da Indústria 4.0
  2. Servidor OPC UA de alto desempenho com cibersegurança integrada (compatível com o Nível 2 de Aquiles)
  3. Suporta o isolamento total entre redes de controle e dispositivos
  4. Integração com Unity Pro / Control Expert para redução de sobrecarga de engenharia e gerenciamento simplificado de mudanças
  5. Comunicações nativamente protegidas de acordo com o padrão OPC UA
  6. Em conformidade com o padrão OPC UA v1.03
  7. Todas as mensagens de segurança definidas pelo padrão: sign / sign & encrypt
  8. Políticas de segurança: Basic128Rsa, Basic256n, Basic256Sha256
  9. Autenticação por certificado ou login
  10. IPv4 / IPv6 com suporte gigabit Ethernet para infraestrutura de TI de alto desempenho
  11. Compatível com padrão, seguro, espera quente, espera quente segura
  12. M580 local apenas no rack com integração do Dicionário de Dados
  13. Mudanças de variável on-line sem quebra nas comunicações do sistema

Projetado para aplicações industriais exigentes

• 1. 3 clientes por cartão

Gerenciamento de banco de dados de tags:

• 1. até 20.000 tags

Alterações de valor por segundo (definidas para variável inteiro)

• 1. até 20.000 mudanças de valor por segundo

Máximo de 2 módulos BME NUA 0100 por aplicação.

Metas de desempenho para oferta comercializada

Visão geral do Bi do poder da Microsoft

O Microsoft Power BI é uma solução de análise de negócios que permite visualizar seus dados e compartilhar insights em sua organização ou incorporá-los em seu aplicativo ou site. Conecte-se a centenas de fontes de dados (nuvem e no local) e traga seus dados à vida com painéis e relatórios ao vivo.

Fontes de dados:

• Distinguir-se
• Texto/CSV
• XML
• JSON
• Pasta
• PDF
• SharePoint
• Servidor SQL
• Acesso
• Serviços de análise de servidores SQL
• Oráculo
• IBM DB2
• IBM
• IBM Netezza
• MySQL
• Pós-²
• Sybase
• Teradata
• SAP HANA
• SAP Business Warehouse
• SAP Business Warehouse
• Amazon Redshift
• Impala
• Google BigQuery
• Vertica
• Floco de neve
• Essbase
• AtScale
• Dremio
• Exasol
• Indexima
• InterSystems IRIS
• Jethro
• Kyligence Enterprise
• MarkLogic

Power BI Desktop é usado é a ferramenta usada para criar seus relatórios interativos e dinâmicos que você publicará no Power BI Report Server.

EcoStruxure™ OPC UA – BME NUA 0100 – Arquitetura

Flat Network, com ePACs Autônomos M580.

Configuração do sistema

Antes da instalação do software

• 1. Install Control Expert V14.0: Download & install Setup.exe
  2. Instale o HotFix ControlExpert_V140_HF_NUA.exe
  3. Ativar especialista em controle: start license manager
  4. Digite iD de ativação, clicando em Ativar
  5. Atualize o ePAC M580 para o FW 2.8 mais recente usando a ferramenta carregador Unity
  6. Instalar o Nó JS
  7. Instalar o Node-Vermelho
  8. Instale oPC UA Node-Red Library (Pallet) – node-red-contrib-opcua
  9. Instale o Microsoft Power BI

Siga uma sugestão dos endereços IP:

• 1. Em Control Expert, adicione um módulo BMENUA0100 apenas no rack primário

Configure o módulo BMENUA0100 e simule valores

Neste exemplo, o acesso ao módulo é configurado pela Porta de Controle Ethernet

(Isola a rede de controle da rede do dispositivo)

Configure «Data Dictionary»: torne as variáveis ePAC acessíveis aos seus clientes OPC UA

• 1. No menu Ferramentas, selecione as configurações do projeto e habilite o dicionário de dados
  2. Se verificado, apenas variáveis marcadas como ‘HMI’ estarão no dicionário de dados (útil para diminuir o tamanho deste dicionário de dados

• 1. Temperatura, pressão e fluxo foram simulados em uma seção de bloco de função (FDB) com blocos de Geração de Função (FGEN) no modo aleatório.

Configure os nódulos OPC UA no ambiente de desenvolvimento Node-Red (http://<server>:1880)

Configuração do navegador OPC UA (Navegador de Endereço de Servidor e Variáveis)

• 1. Opc UA O nó Browse ajuda a encontrar a direção certa do endereço OPC UA principalmente se for desconhecido.

• 1. A luz verde significa que o nó já está conectado com o servidor OPC UA. Para conferir o endereço, por favor, encontre o passo abaixo.

• 1. Veja abaixo que a navegação coloca o usuário na variável que o usuário deseja obter.

Configuração de nodes cliente OPC UA.

• 1. Para configurar o Cliente OPC é necessário escrever as variáveis listadas no nó Browse com os mesmos parâmetros de comunicação (ns e s).

• 1. Todas as variáveis (a serem lidas) e parâmetros (reunidos na etapa do navegador) são configurados na injeção.

Injete nó.

Leia Node.

• 1. No nó OPC UA Read apenas o endereço do servidor OPC é necessário.

• 1. Após esta etapa, verifique a luz verde com “ativo” abaixo do nó OPC Read.

Adescagem de uma função para organizar o conjunto de dados a ser armazenado em um CSV.

• 1. A carga flui do nó OPC Read como uma matriz e cada item é uma variável configurada na injeção de UA OPC. A ideia era definir 4 colunas (valor, fuso horário, qualidade e nome variável)
  2. Timestamping está sendo feito neste bloco de função, e não é coming a partir da carga OPC.

Função

var msg1 = {carga útil: { valor: “”, carimbo de tempo: “”, qualidade: “”}};

var msg2 = {carga útil: { valor: “”, carimbo de tempo: “”, qualidade: “”}};

var msg3 = {carga útil: { valor: “”, carimbo de tempo: “”, qualidade: “”}};

msg1.payload.value = msg.payload[0].value;

msg2.payload.value = msg.payload[1].value;

msg3.payload.value = msg.payload[2].value;

msg1.payload.topic = msg.addressSpaceItems[0].nome;

msg2.payload.topic = msg.addressSpaceItems[1].nome;

msg3.payload.topic = msg.addressSpaceItems[2].nome;

msg1.payload.quality = msg.payload[1].statusCode.name

msg2.payload.quality = msg.payload[1].statusCode.name

msg3.payload.quality = msg.payload[1].statusCode.name

msg1.payload.timestamp = Date.now();

msg2.payload.timestamp = Date.now();

msg3.payload.timestamp = Date.now();

retorno [msg1, msg2, msg3];

CSV Node

• 1. Defina o parâmetro do objeto de saída como “Windows \r\n”

Configure um nó de arquivo para armazenar dados como arquivo CSV.

Node de arquivo

• 1. Defina o caminho onde o CSV do arquivo será salvo e o parâmetro “apêndice para arquivo”.

Arquivo CSV gerado

Recuperando dados do CSV com o Microsoft Power BI

• 1. Obtenha o arquivo CSV em “Obter dados” e, em seguida, fonte de dados Text/CSV.

• 1. Vá para o caminho CSV e abra.

• 1. Antes de construir o relatório, é necessário definir algumas etapas de consulta , primeiro definir nomes de colunas e, em seguida, extrair e formatar o timestamp.

• 1. Renomeando colunas e verificando tipos de variáveis.

• 1. Adicionando uma coluna personalizada.

• 1. Node-red envie o timetamp no formato Unix (inteiro). A função abaixo converte Unix em data e hora (Data e Hora).

• 1. Uma vez configurado, o conjunto de dados pode ser traduzido como um relatório. O Microsoft Power BI tem muitos objetos gráficos (Visuais) facilmente configuráveis.

• 1. Insira um gráfico de linha visual.

• 1. Uma vez inserido, basta adicionar colunas nos campos gráficos de acordo com as figuras abaixo.

• 1. Depois de adicionar mudança de ponto de tempo a uma “visão contínua”.

• 1. Agora é hora de jogar com os dados e criar seu próprio painel.

Conclusão

A análise heterogênea de dados foi simplificada com a filosofia de programação de blocos e fluxos com a variedade de bibliotecas abertas disponíveis em diretórios online. No passado, isso exigia uma grande quantidade de desenvolvimento de software e cruzamento de bancos de dados, consequentemente grandes investimentos. O Node-Red é uma ferramenta versátil que pode ser usada desde uma simples automação residencial até como ferramenta de análise e dados de previsão através de aprendizado de técnicas de máquina.