Công nghiệp 4.0 đang mở rộng ra ngoài những bức tường nhà máy truyền thống

Cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên đã chuyển đổi hoạt động sản xuất thông qua năng lượng hơi nước và cơ giới hóa. Ngày nay, Công nghiệp 4.0 đang thúc đẩy một sự chuyển đổi khác, lần này thông qua dữ liệu kết nối, trí tuệ phân tán và khả năng quan sát theo thời gian thực trên toàn bộ hoạt động công nghiệp.

Nhà máy không còn là môi trường duy nhất cần tự động hóa. Các trạm bơm từ xa, cánh đồng nông nghiệp, trạm biến áp, cơ sở xử lý nước và hạ tầng năng lượng biệt lập hiện cũng đòi hỏi mức độ nhận biết vận hành tương tự như trước đây chỉ có ở các cơ sở tập trung.

Nhu cầu đó đang thúc đẩy việc áp dụng các công nghệ IoT di động có khả năng kết nối các tài sản công nghiệp vượt xa phạm vi của những mạng có dây thông thường.

Vì sao kết nối di động đang ngày càng được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp

Trong nhiều năm, các hệ thống IoT công nghiệp phụ thuộc nhiều vào Ethernet, WiFi hoặc các hệ thống vô tuyến độc quyền. Mặc dù hiệu quả trong nhà máy, những công nghệ này trở nên khó triển khai hoặc tốn kém trong môi trường hẻo lánh.

Hạ tầng di động hiện đại đang thay đổi bài toán đó. Các công nghệ như LTE-M và NB-IoT hiện cung cấp mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn, mã hóa mạnh hơn và phạm vi phủ sóng địa lý rộng hơn so với các thế hệ thiết bị di động công nghiệp trước đây.

Khi các nhà vận hành công nghiệp hiện đại hóa hạ tầng từ xa, các cổng kết nối di động ngày càng bổ trợ cho những hệ thống được kết nối thông qua các nền tảng truyền thông và kết nối mạng công nghiệp cùng các kiến trúc điều khiển phân tán.

Các công nghệ IoT di động cho phép nhà vận hành giám sát tài sản tại những địa điểm mà việc triển khai hạ tầng có dây không khả thi hoặc quá tốn kém.

LTE-M và quá trình chuyển đổi hướng tới các mạng công nghiệp thông minh hơn

LTE-M hiện đang chiếm ưu thế trong nhiều hệ thống IoT công nghiệp vì cân bằng được hiệu quả băng thông, thời lượng pin và độ tin cậy của tín hiệu. Không giống các hệ thống di động trước đây, LTE-M được thiết kế riêng cho giao tiếp máy-máy và giám sát từ xa dài hạn.

Hạ tầng 5G cũng đang thâm nhập vào lĩnh vực công nghiệp. Mặc dù các hệ thống 5G hiện tại thường tiêu thụ nhiều năng lượng và băng thông dữ liệu hơn, những phiên bản tương lai hứa hẹn độ trễ cực thấp, khả năng phân lớp mạng được cải thiện và khả năng mở rộng cao hơn cho các ứng dụng công nghiệp.

Đối với các nhà cung cấp giải pháp tự động hóa công nghiệp, sự chuyển đổi này tạo ra những cơ hội mới để triển khai các hệ thống chẩn đoán từ xa, phân tích biên và bảo trì dự đoán trên quy mô lớn.

IoT di động phù hợp như thế nào trong hệ thống dữ liệu công nghiệp

Tầng truyền tải đang trở thành tài sản chiến lược

Các hệ thống IoT công nghiệp thường vận hành qua nhiều lớp được kết nối với nhau. Cảm biến thu thập thông tin vật lý, mạng liên lạc truyền dữ liệu, hệ thống xử lý phân tích dữ liệu, còn người vận hành sử dụng bảng điều khiển hoặc nền tảng phân tích để đưa ra quyết định.

Trong cấu trúc này, lớp truyền tải ngày càng trở nên quan trọng. Khả năng liên lạc đáng tin cậy hiện quyết định việc các tài sản từ xa có thể tham gia vào các chương trình bảo trì dự đoán, phân tích đám mây và quản lý hoạt động tập trung hay không.

Nhiều cơ sở tích hợp các hệ thống giám sát phân tán kết hợp đo từ xa với những nền tảng như giải pháp HMI và máy tính công nghiệp để nâng cao khả năng quan sát hoạt động trên nhiều địa điểm.

Giám sát từ xa mở rộng khả năng quan sát hoạt động công nghiệp

IoT di động đã mở rộng đáng kể phạm vi hoạt động của các hệ thống tự động hóa. Giờ đây, các đơn vị vận hành có thể giám sát tài sản cách xa hàng trăm kilômét mà không cần xây dựng hạ tầng liên lạc chuyên dụng.

Khả năng này đặc biệt có giá trị trong các lĩnh vực như dầu khí, năng lượng tái tạo, khai khoáng, nông nghiệp và xử lý nước, nơi thiết bị thường hoạt động tại các địa điểm biệt lập hoặc khó tiếp cận.

Đo từ xa cũng làm giảm nhu cầu kiểm tra thủ công, đồng thời cải thiện thời gian phản hồi khi thiết bị gặp sự cố hoặc điều kiện môi trường thay đổi.

Các hệ thống giám sát kết nối mạng đầu tiên đã đặt nền móng cho những hệ sinh thái IoT công nghiệp quy mô lớn ngày nay.

Vì sao các nhà tích hợp đang đón nhận kiến trúc di động

Triển khai nhanh mà không cần thay đổi hạ tầng đáng kể

Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của IoT di động là tính linh hoạt khi triển khai. Các đơn vị vận hành công nghiệp có thể nhanh chóng lắp đặt thiết bị từ xa mà không cần thay đổi mạng lưới nhà máy hiện có hoặc mở rộng hạ tầng cáp quang đến các khu vực xa xôi.

Cách tiếp cận này rút ngắn tiến độ dự án và đơn giản hóa các chương trình thử nghiệm cho những ứng dụng giám sát tài sản, cảm biến môi trường và quản lý năng lượng.

Các nhà tích hợp hệ thống ngày càng kết hợp thiết bị biên di động với các nền tảng của ABB, Honeywell và GE khi mở rộng khả năng giám sát trong các môi trường công nghiệp phân tán.

Liên lạc dự phòng nâng cao độ tin cậy của hệ thống

Các cơ sở công nghiệp ngày càng sử dụng mạng di động làm đường truyền liên lạc dự phòng cho hạ tầng trọng yếu. Nếu mạng có dây chính gặp sự cố, kết nối di động có thể duy trì việc báo động, chẩn đoán từ xa và khả năng giám sát hoạt động.

Khả năng dự phòng này đặc biệt quan trọng đối với các đơn vị tiện ích, cơ sở năng lượng và đơn vị vận hành hạ tầng, nơi gián đoạn liên lạc có thể ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian hoạt động và an toàn.

Vận hành từ xa tiếp tục thúc đẩy nhu cầu

Các công ty công nghiệp tiếp tục tìm kiếm cách cải thiện hiệu quả vận hành đồng thời giảm chi phí bảo trì tại hiện trường. IoT di động trực tiếp hỗ trợ mục tiêu này bằng cách cho phép ít nhân sự hơn giám sát các khu vực địa lý rộng lớn hơn.

Sự phát triển của điện toán biên càng củng cố xu hướng này. Các cổng kết nối thông minh hiện có thể xử lý dữ liệu cục bộ trước khi chỉ gửi những thông tin thiết yếu qua mạng di động, qua đó giảm mức sử dụng băng thông và chi phí vận hành.

Các bộ điều khiển di động hiện đại hỗ trợ tự động hóa công nghiệp trong những môi trường biệt lập, nơi việc sử dụng phương thức giao tiếp có dây truyền thống vẫn gặp khó khăn.

Bảo mật và Chi phí Vẫn là Những Yếu tố Kỹ thuật Cốt yếu

Mặc dù IoT di động mang lại nhiều lợi ích, các kỹ sư vẫn phải cân nhắc những yếu tố thiết kế quan trọng. Việc triển khai mạng di động đòi hỏi chi phí dịch vụ nhà mạng liên tục, và các ứng dụng sử dụng nhiều dữ liệu có thể trở nên tốn kém theo thời gian.

An ninh mạng cũng vẫn là một mối quan ngại lớn. Khi ngày càng nhiều tài sản công nghiệp kết nối trực tiếp với các mạng bên ngoài, bề mặt tấn công tăng lên đáng kể.

Tuy nhiên, các giải pháp di động công nghiệp hiện đại hiện bao gồm giao tiếp được mã hóa, đường hầm VPN, xác thực an toàn và kiến trúc mạng phân đoạn. Các khả năng bảo mật tiếp tục được cải thiện song song với những tiêu chuẩn 5G mới hơn.

Các đơn vị vận hành công nghiệp triển khai hệ thống giám sát từ xa ngày càng kết hợp các biện pháp bảo mật thông tin với các kiến trúc điều khiển có khả năng chống chịu, chẳng hạn như hệ thống an toàn Triconex và nền tảng an toàn HIMA trong các ứng dụng hạ tầng quan trọng.

IoT Di động Đang Trở Thành Hạ tầng Cốt lõi cho Công nghiệp Từ xa

Sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị công nghiệp được kết nối phản ánh một quá trình chuyển đổi lớn hơn trên các thị trường tự động hóa. IoT di động không còn được xem là giải pháp ngách chỉ dành cho các ứng dụng biệt lập.

Kết nối này đang trở thành một lớp giao tiếp nền tảng cho hoạt động phân tán, trí tuệ biên, bảo trì dự đoán và quản lý tài sản từ xa.

Khi Công nghiệp 4.0 tiếp tục mở rộng đến các môi trường từ xa, kết nối di động sẽ ngày càng quyết định cách các hệ thống công nghiệp thu thập, truyền tải và xử lý dữ liệu vận hành theo thời gian thực.

Lĩnh vực công nghiệp đang hướng tới một tương lai, nơi khoảng cách địa lý ít quan trọng hơn nhiều so với độ tin cậy của mạng và khả năng truy cập dữ liệu.

Tác giả: Michael Reeves | Phóng viên Công nghệ Công nghiệp

Michael Reeves có hơn 12 năm kinh nghiệm đưa tin về mạng công nghiệp, hạ tầng tự động hóa từ xa và các hệ thống công nghệ vận hành. Nền tảng chuyên môn của ông bao gồm các dự án tích hợp tại hiện trường liên quan đến các nền tảng Honeywell, GE, ABB và Emerson trong các lĩnh vực năng lượng, tiện ích và giám sát môi trường.