У частині 1 лабораторної роботи 3 (Л.Р 3.1) в якості варіанту реалізації IIoT рішення пропонувалося використання хмарного застосунку Node-RED, який взаємодіяв з пристроєм Edge з використанням WEB Socket. Перевагами такої архітектури є відсутність потреби в спеціальних IoT сервісах, які, між іншим, як правило оплачуються по кількості використаного трафіку. Тим не менше,  такий варіант має ряд недоліків, зокрема:

• з боку Edge та Cloud потребується програмування
• тільки програмовані (конфігуровані) пристрої IoT Edge мають можливість використання WEB Socket
• інфраструктуру IoT необхідно реалізовувати самосітйно

Для побудови IoT та IIoT рішень на базі хмарних рішень IBM пропонує сервіс Watson IoT Platform.  Платформа IBM Watson ™ IoT побудована на таких ключових засадах:

• Connect - підключення пристроїв і розроблених застосунків.
• Керування інформацією - зберігання, нормалізація, перетворення та перегляд даних з пристроїв та інтеграція платформи Watson IoT з іншими сервісами.
• Analytics – означення правил, які за даними реального часу пристрою можуть викликати сповіщення та дії.
• Керування ризиками - налаштування безпечного підключення та архітектури з контролем доступу для користувачів і застосунків.

Загальна архітектура рішення IoT на базі  Watson IoT Platform матиме вигляд як на рис.1.

рис.1.

Передбачається, що кінцеві Edge пристрої або шлюзи (Gateway) взаємодіють з сервісами  IoT Platform з використанням MQTT, хоч можливий і варіант взаємодії через REST API. Слід звернути увагу, що додаткового MQTT-брокеру не потрібно, по суті він реалізований в самому сервісі  IoT Platform.

Сервіси аналітики та кінцеві за стосунки взаємодіють з IoT Platform з використанням REST API. Вони можуть бути як частиною інфраструктури IBM Cloud, так і застосунками чи сервісами інших платформ. Тим не менше, слід відмітити, що інтеграція багатьох сервісів IBM Cloud з IoT Platform досить просто налаштовується.         

У даній лабораторній роботі будуть використовуватися технології та рішення, які були досліджені в минулих лабораторних роботах. Основна ідея роботи – розробити цифрового двійника (digital twin) для привода насосу, що має в своєму складі перетворювач частоти Altivar (надалі ПЧ). Цифровий двійник на даному етапі повинен забезпечити наступні функції:

• збір даних для аналізу стану приводу в реальному часі та формування повідомлень (пошта, SMS, месенжер) у випадку тривог;
• накопичення даних про роботу приводу для подальшого аналізу;
• доступ до даних про привід: документація, моделі і т.п. з можливістю доступу до них у необхідному місті, наприклад через WEB інтерфейс. 

В подальшому, розроблений двійник використовуватиметься для більш глибокої аналітики.

Структура рішення, яке пропонується, показана на рис.2. Розглянемо його більш детально.

1. IIoT Edge.

На стороні процесу знаходиться сам привод з ПЧ, збір даних з якого відбувається по Modbus TCP/IP. Слід зазначити, що при невеликих змінах, можливий також варіант збору даних по Modbus RTU. Збір даних відбувається в IIoT Edge, функцію якого виконує Raspbery PI з використанням Node-RED. На етапах первинного налагодження, замість плати  Raspbery PI може використовуватися ПК, а замість ПЧ – імітатор Modbus TCP Server, як це робилося в ЛР №1.

Для керування ПЧ можна використати його вбудовані засоби, або ВЕБ-інтерфейс сумісно з Node-RED.

Увага! В лабораторній роботі використовується засоби для керування ПЧ, які не рекомендується використовувати в реальних проектах! Це небезпечно і може привести до пошкодження технічних засобів, зашкодити здоров’ю або життю людини а також навколишньому середовищу! Це зроблено виключно в навчальних цілях! При реалізації рішень IIoT необхідно скрупульозно продумувати структуру з точки зору функціональної та інформаційної безпеки!    

рис.2.

Дані від IIoT Edge надходять до хмарних сервісів IoT Platform з використанням протоколу MQTT.

2. IBM Cloud.

Сервіс IoT Platform в даній лабораторній роботі забезпечує наступні функції:

• збір даних з IIoT Edge
• первинна обробка даних для Device Twin та Asset Twin
• відправка даних та повідомлень іншим компонентам інфраструктури
• формування Device Twin та Asset Twin з усією необхідною інформацією для подальшої обробки, включаючи метадані;

Слід зазначити, що в даній лабораторній роботі використовується не усі можливості IBM Bluemix IoT Platform.

Сервіс Cloudant слугує для збереження архівування зібраних даних з можливістю подальшого їх аналізу.

Сервіс COS слугує для збереження інформації про цифровий двійник, зокрема усіх необхідних файлів допомоги, інструкцій, моделей

3. Applications

Застосунок Node-RED слугує для додаткової обробки та побудови усієї необхідної логіки взаємодії з користувачем через ВЕБ-інтерфейс. Кінцеві клієнтські застосунки в даній лабораторній роботі будуть представлені тільки звичайним Веб-браузером, який буде використовуватися для доступу до необхідної інформації в зручному вигляді.

У першій частині лабораторної роботи проводяться роботи по побудові основних функцій збору даних з IIoT Edge їх перетворення та взаємодію з клієнтськими застосунками. Друга частина зосереджена на прикладі реалізації невеликого проекту, описаного вище з за діянням додаткових сервісів збереження даних та оповіщення.    

Частина 1. Основи роботи з Watson IoT Platform

Мета: Навчитись робити з основними функціями IoT використовуючи хмарні сервіси на прикладі Watson IoT Platform. 

Цілі:

1. створити та використати сервіс IBM Bluemix Internet of Things Platform
2. створити тестовий застосунок Edge для рішення IIoT
3. створити простий цифровий двійник активу (asset) в хмарі: тип та екземпляр віртуального пристрою для збору та обробки даних; налаштувати зв'язок локального активу та його хмарного двійника;

Зовнішній вигляд інтерфейсу налаштування IBM Cloud постійно змінюється! Увага, набір наданих сервісів та політика ліцензування IBM Cloud може змінитися. У будь якому випадку, без використання угоди та реєстрації кредитної картки ніякі кошти за використання стягуватися не можуть.  

1. Створення та налаштування IoT Platform та цифрового двійника пристрою   

1.1.  Створення екземпляру сервісу Internet of  Things Platform 

Використовуючи консоль IBM Cloud зайдіть у свій обліковий запис IBM Cloud. Перейдіть на вкладку Catalog у списку Internet of Things виберіть Internet of Things Platform рис.3.

рис.3.

  Змініть ім’я сервісу (за бажанням) і натисніть Create  (рис.4).

  

рис.4.

1.2.  Вхід та перегляд налаштувань сервісу IoT Platform 

При створенні автоматично відкриється вікно керування сервісом (рис.5). Якщо цього не відбулося, перейти в це вікно можна через  Resource list. Натисніть Launch для запуску веб-консолі налаштування сервісу IoT Platform.

У консолі екземпляру IBM Watson IoT Platform можна перейти у всі вінка налаштування та керування екземпляром. У правому кутку консолі видно ім’я користувача та ідентифікатор ORG ID. Цей ідентифікатор необхідно буде вказувати при доступі до сервісів  IoT Platform з інших сервісів та застосунків. Зверніть увагу, що ORG ID є також частиною URL сторінки, яка використовується для конфігурування.

рис.6.

             Ознайомтеся зі змістом усіх вкладок з бічної панелі.

1.3.  Створення типу пристрою   

Кожен пристрій, підключений до платформи Watson IoT, повинен бути пов'язаний з типом пристрою. Типи пристроїв - це групи пристроїв, які мають спільні характеристики.

Перейдіть на вкладку Device Types (рис.7) натисніть кнопку «Add Device Type»

рис.7. 

У полі Name введіть ATV630,  у полі Description опис пристрою, наприклад як це показано на рис.8 і натисніть Next.  

рис.8.

У наступному вікні залиште усі поля порожніми (рис.9)  натисніть кнопку Done.

рис.9.

Після створення типу, Вам запропонують зареєструвати пристрій та визначити інтерфейс, це буде зроблено пізніше.

1.4.  Створення двійника пристрою  

Перейдіть на вкладку Browse і натисніть Add Device.

рис.10.

У вікні Identity (рис.11) в поле Device Type вкажіть тип ATV630, який Ви щойно створили. У DeviceID  впишіть SIC101, який буде ідентифікувати даний привід (ПЧ + двигун + насос). Натисніть Next. 

рис.11.

У вікні Device Information (рис.12) залиште все без змін і натисніть Next.

рис.12.

У вікні Security (рис.13) пропонують ввести маркер автентифікації (Authentication Token), який потрібен пристроям для їх реєстрації в IoT Platform. Цей маркер буде гарантувати, що пристрій, який намагається підключитися до свого двійника в хмарі дійсно є тим, за кого себе видає. Якщо маркер не вказувати він сформується автоматично.

Не вводьте значення маркеру і натисніть Next.  

рис.13.

У вікні Summary (рис.14) буде описано сумарну інформацію про створюваний пристрій. Натисніть Done.

рис.14.

Пристрій створено, у вікні що з’явиться (рис.15) буде показана вся інформація в тому числі і маркер авторизації. Увага! Скопіюйте цей Authentication Token в буфер обміну і про всяк випадок вставте в блокнот та збережіть! Після закриття цього вікна маркер більше не буде доступний для перегляду, оскільки він шифрується.

Маркер можна залишити у якихось властивостях пристрою, наприклад в Description. Такий підхід не рекомендується використовувати в реальних застосуваннях, так як маркер буде доступний усім застосункам, що матимуть доступ до двійника пристрою! Однак для лабораторної роботи це досить зручно, тому що інформація про маркер завжди під рукою ;-) . 

Не закриваючи це вікно, перейдіть на розділ Device Information (рис.16) і натисніть кнопку Edit Device Information.

рис.16.

Скопіюйте маркер в поле Description, перед ним для розуміння призначення поля можна написати «Token: ». Натисніть Save.

 

Вітаємо! Цифровий двійник пристрою створено! Пізніше в лабораторній роботі будуть змінюватися деякі налаштування як пристрою так і типу.