Khi số lượng thiết bị IoT và IIoT tiếp tục phát triển, khối lượng và tốc độ dữ liệu được tạo ra cũng vậy, đòi hỏi nhu cầu về các IoT Gateway giảm tải bớt lên đám mây và các trung tâm dữ liệu để chứa, xử lý và phân tích dữ liệu. Bài đăng này sẽ cung cấp cho bạn mọi thứ bạn cần biết về các gateway IoT công nghiệp.

Gateway IoT công nghiệp là gì?

Gateway IoT công nghiệp là thiết bị được triển khai cục bộ để thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu ở rìa mạng, giảm bớt căng thẳng đặt trên đám mây và trung tâm dữ liệu. Gateway IoT thường thu thập dữ liệu từ các cảm biến, thiết bị và máy móc. Sau khi thu thập dữ liệu, các gateway kết nối IoT xử lý và phân tích dữ liệu, gửi dữ liệu đã xử lý lên đám mây để giám sát từ xa, điều khiển từ xa và hậu phân tích.

Về cơ bản, các gateway IoT công nghiệp đóng vai trò như máy tính cho phép các thiết bị và cảm biến giao tiếp với nhau, cũng như truyền thông tin lên đám mây. Chúng tương tự như các bộ định tuyến được tìm thấy trong hầu hết các ngôi nhà, tạo điều kiện giao tiếp giữa các thiết bị, cũng như giữa chúng và internet. Tuy nhiên, các gateway IoT có khả năng xử lý, bộ nhớ và dung lượng lưu trữ cao hơn rất nhiều so với dữ liệu cảm quan.

Ưu điểm chính của việc triển khai các gateway IoT công nghiệp là chúng giảm tải cho đám mây và các trung tâm dữ liệu từ việc phải xử lý khối lượng lớn dữ liệu được tạo ra bởi các cảm biến và thiết bị IIoT. Chúng có thể thu thập, lọc, xử lý và phân tích dữ liệu cục bộ, loại bỏ nhu cầu gửi tất cả dữ liệu thô đã thu thập được lên đám mây để xử lý và phân tích.

Bằng cách thu thập và xử lý dữ liệu cục bộ, các tổ chức triển khai gateway IoT sẽ tiết kiệm đáng kể băng thông internet vì ít dữ liệu thô được gửi đến đám mây hơn.

Chức năng của Gateway IoT công nghiệp là gì?

Gateway IoT có thể thực hiện các chức năng sau:

1. Tạo điều kiện giao tiếp & điều khiển với I / O linh hoạt

Chức năng chính của các gateway IoT công nghiệp là cho phép giao tiếp giữa cả thiết bị mới và thiết bị cũ. Ngoài ra, Gateway IoT có thể hỗ trợ nhiều giao thức công nghiệp khác nhau, cho phép chúng giao tiếp với các thiết bị sử dụng các giao thức khác nhau. Các giao thức chính được hỗ trợ bởi gateway IoT bao gồm các giao thức Fieldbus, PROFIBUS, EtherCAT, EtherNET / IP và PROFINET. Vì vậy, nếu end-user có phần cứng cũ không thể kết nối với đám mây, các gateway IoT công nghiệp có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị đó với đám mây, cũng như cho phép tổ chức điều khiển máy móc và PLC có thể lập trình một cách an toàn và từ xa.

2. Cải tiến sản xuất

Các gateway IoT công nghiệp có thể cải thiện hoạt động sản xuất của các nhà máy. Điều này được thực hiện bằng cách thu thập thông tin từ các cảm biến và thiết bị khác nhau được triển khai trong nhà máy và sử dụng dữ liệu đó để điều chỉnh sản xuất nhằm đạt sản lượng cao hơn. Ngoài ra, các gateway IoT công nghiệp có thể được sử dụng để giảm lỗi của con người và thu được nhiều thông tin liên quan đến quy trình sản xuất, cho phép các nhà khai thác và tổ chức sử dụng thông tin đó để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3. Bảo trì dự đoán

Các cổng kết nối Internet vạn vật công nghiệp có khả năng hỗ trợ bảo trì dự đoán. Có nghĩa là, dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị và cảm biến có thể được sử dụng để dự đoán thời điểm một số thành phần hoặc thiết bị thường bị lỗi bằng cách sử dụng các mô hình dự đoán để thực hiện bảo trì trước khi sự cố hoặc hỏng hóc xảy ra. Các dây chuyền sản xuất thường hoạt động 24/24, 7 ngày trong tuần, vì vậy nếu máy móc bị hỏng hóc, có thể tạm dừng sản xuất, từ đó gây ra thiệt hại cho doanh nghiệp.

Bằng cách sử dụng bảo trì dự đoán từ các mô hình dữ liệu, các nhà máy có thể sửa chữa máy móc trước khi chúng gặp sự cố hoặc hỏng hóc, do đó loại bỏ bất kỳ thời gian ngừng hoạt động nào, họ sẽ thường trải qua nếu không có thông tin chi tiết được cung cấp bởi gateway IoT. Điều này làm giảm đáng kể hoặc loại bỏ các chi phí liên quan đến thời gian ngừng hoạt động bất lợi và bất ngờ.

4. Xử lý dữ liệu thời gian thực

Gateway IOT công nghiệp có thể xử lý và phân tích dữ liệu cục bộ tại nguồn trong thời gian thực, cho phép phân tích dữ liệu thời gian thực để xử lý khối lượng công việc cục bộ quan trọng.

Hiện tại, các ứng dụng như vậy không thể chạy trên đám mây do độ trễ liên quan đến việc gửi, xử lý và gửi dữ liệu trở lại môi trường công nghiệp. Vì các cổng kết nối IoT và máy tính công nghiệp được đặt tại local, nên có rất ít độ trễ liên quan đến việc triển khai như vậy, cho phép phân tích dữ liệu thời gian thực và ra quyết định chỉ trong một phần nghìn giây.

Lợi ích của IoT gateway công nghiệp là gì?

IoT gateway công nghiệp có 2 dạng khác nhau khi triển khai cho cơ sở hạ tầng doanh nghiệp: Gateway IoT không quạt và Rugged IoT Gateway. Gateway IoT không quạt là máy tính công nghiệp nhỏ gọn có thể được triển khai trong các môi trường bất ổn, tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt, các cú va đập và rung sốc cũng như tiếp xúc với bụi và mảnh vụn. Còn Rugged IoT Gateway sẽ bảo vệ thêm một lớp vỏ bên ngoài chắc chắn hơn để tăng độ bền và độ tin cậy.

Dưới đây là một số lợi thế của việc triển khai Gateway IoT công nghiệp:

1. Thiết kế nhỏ gọn

Gateway IoT không quạt và Rugged IoT Gateway có thiết kế nhỏ gọn cho phép chúng được triển khai trong các môi trường hạn chế về không gian không đủ lớn để chứa các máy tính để bàn kích thước đầy đủ. Thiết kế nhỏ gọn có thể thực hiện được bằng cách làm mát thụ động máy tính Gateway IoT. Làm mát thụ động giúp thiết kế không quạt nhỏ gọn trở nên khả thi vì thiết kế này cho phép các nhà sản xuất Gateway IoT đặt các thành phần gần nhau hơn và làm mát chúng thông qua việc sử dụng các bộ tản nhiệt. Tản nhiệt được sử dụng để di chuyển nhiệt ra khỏi các thành phần tạo nhiệt bên trong đến vỏ ngoài của gateway công nghiệp, sau đó tản nhiệt ra không khí xung quanh.

2. Thiết kế nhiệt độ rộng

Các Gateway IoT không quạt và chắc chắn có phạm vi nhiệt độ rộng, cho phép triển khai chúng trong môi trường cực lạnh và cực nóng. Rugged IoT Gateway sẽ hoạt động đáng tin cậy và tối ưu mà không cần bất kỳ sửa đổi hoặc làm mát bổ sung nào.

3. Chống sốc & chống rung

Các Gateway IoT không quạt và Rugged IoT Gateway cung cấp khả năng chống sốc và chống rung, cho phép triển khai trong các môi trường thường xuyên tiếp xúc với các cú sốc và rung động. Các thiết bị Rugged IoT Gateway có thể xử lý tiếp xúc với các cú sốc và rung động nhờ thiết kế nguyên khối của chúng, giúp loại bỏ số lượng khớp nối, ốc vít và cáp được sử dụng trong hệ thống, làm cho hệ thống trở nên đáng tin cậy hơn và có khả năng xử lý tốt hơn khi bị rung động.

4. Các thành phần cấp công nghiệp

Các Gateway IoT không quạt và Rugged có thể xử lý việc triển khai trong các môi trường khắc nghiệt vì chúng được sản xuất bằng cách sử dụng các thành phần cấp công nghiệp đã được kiểm tra và xác nhận để hoạt động đáng tin cậy trong các điều kiện khắc nghiệt nhất có thể. Vỏ ngoài của các gateway IoT rugged được làm từ thép và nhôm, tạo ra một lớp vỏ bên ngoài chắc chắn, bảo vệ các thành phần nhạy cảm bên trong.

5. Hiệu suất năng lượng

Các Gateway IoT không quạt và Rugged tiết kiệm năng lượng, giúp cho việc triển khai chúng trong các môi trường không phải lúc nào cũng có thể sử dụng được nguồn điện ổn định. Gateway IoT tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với máy tính để bàn thông thường vì chúng được định cấu hình bằng bộ xử lý Intel công suất thấp, chẳng hạn như Intel® Celeron® J1900, có TDP 10 watt, sử dụng ít điện năng và tỏa nhiệt ít. Mặc dù tiết kiệm được từ việc triển khai một cổng IoT công suất thấp duy nhất là không đáng kể, nhưng nếu bạn đang triển khai hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn thiết bị này, bạn sẽ nhận thấy tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng của mình. SoC (Systems-on- chip) sử dụng ít điện năng hơn so với PC socket, nhưng dễ hiểu là chúng có sức mạnh tính toán thấp hơn. Kích thước nhỏ của các thiết kế SoC mang lại sự linh hoạt tuyệt vời cho các ứng dụng công nghiệp và triển khai IoT yêu cầu hiệu suất điện toán công suất thấp.

6. Tùy chọn kết nối phong phú

Các Gateway IoT không quạt và chắc chắn là lý tưởng để triển khai trong các môi trường từ xa, nơi không phải lúc nào cũng có kết nối ổn định. Để đáp ứng yêu cầu này, Gateway IoT được trang bị các tùy chọn kết nối có dây, cũng như kết nối không dây và di động, cho phép các cổng kết nối với internet trong mọi loại môi trường biến động.

Các Gateway IoT không quạt và chắc chắn có thể sử dụng kết nối có dây để kết nối với internet thông qua tối thiểu cổng 2x GbE RJ45 cung cấp hỗ trợ Wake-on-LAN và PXE.

Ngoài ra, các Gateway IoT cấp công nghiệp có thể kết nối với internet thông qua việc sử dụng Wi-Fi 6, mang lại giao tiếp đáng tin cậy, độ trễ thấp. Wi-Fi cung cấp rất nhiều tính linh hoạt, cho phép các tổ chức định cấu hình phạm vi và mức tiêu thụ điện năng của Wi-Fi theo yêu cầu cụ thể của họ.

Hơn nữa, các gateway IoT được trang bị kết nối di động, cho phép các IIoT Gateway công nghiệp kết nối với internet nếu không có kết nối Wi-Fi và có dây. Các tùy chọn kết nối di động 4G, LTE và cuối cùng là 5G, cung cấp kết nối di động cực nhanh. 4G đứng đầu với tốc độ lý thuyết là 100Mbps, trong khi 5G đứng đầu với tốc độ lý thuyết là 10Gbps.

Các Gateway IoT được trang bị khe cắm SIM, cho phép các cổng kết nối với nhà cung cấp dịch vụ internet khác nhau để dự phòng nếu cần. Hơn nữa, IoT Gateway được trang bị kết nối Bluetooth, cho phép kết nối nhanh chóng và đơn giản với các thiết bị Bluetooth công suất thấp. Mặc dù Bluetooth không cung cấp tốc độ và phạm vi kết nối Wi-Fi và di động, nhưng nó cung cấp kết nối đáng tin cậy và đơn giản một-một hoặc nhiều thiết bị.

7. Bảo mật

Mục đích chính của các Gateway IoT là di chuyển dữ liệu qua lại từ các cảm biến; chẳng hạn như gateway IoT công nghiệp được trang bị bảo mật nâng cao, sử dụng TPM 2.0. TPM 2.0 là một bộ xử lý mật mã an toàn cung cấp khả năng bảo mật dựa trên phần cứng, giúp các gateway IoT có khả năng chống giả mạo.

Ứng dụng Gateway IoT công nghiệp 

Dưới đây là một số ví dụ về việc triển khai cổng IoT công nghiệp trong đời thực:

1. IoT Gateway ứng dụng trong Nông nghiệp thông minh

Các Gateway IoT công nghiệp được sử dụng trong nông nghiệp thông minh để thu thập thông tin và quản lý việc triển khai các cảm biến IoT, được sử dụng để thu thập thông tin, chẳng hạn như điều kiện thời tiết trong môi trường cây trồng, chất lượng đất và tiến trình phát triển của cây trồng . Tất cả thông tin này được thu thập, xử lý và phân tích bởi các gateway IoT, cung cấp cho nông dân những hiểu biết có giá trị để họ có thể đưa ra quyết định sáng suốt như lượng phân bón họ cần sử dụng để cây trồng phát triển ở hiệu quả tối ưu, cũng như cải thiện các khía cạnh khác hoạt động của chúng để đảm bảo cây trồng phát triển tối ưu.

Ngoài ra, các Gateway IoT có thể được sử dụng để dự đoán và biết trước sản lượng sản xuất, cho phép người trồng lập kế hoạch phân phối sản phẩm tốt hơn vì họ sẽ có một ước tính khá tốt về số lượng cây trồng mà họ có thể thu hoạch. Hơn nữa, các gateway IoT xử lý và phân tích lượng lớn dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến IoT khác nhau cho phép nông dân sản xuất cây trồng với chất lượng cao hơn.

Các thiết bị IoT phổ biến nhất được sử dụng trong nông nghiệp thông minh bao gồm các trạm thời tiết sử dụng các cảm biến canh tác đặt trên khắp cánh đồng, thu thập nhiều thông tin về thời tiết và phân tích nó để có những hiểu biết có giá trị về cách cải thiện cây trồng.

Hơn nữa, các thiết bị IoT và gateway IoT thường được sử dụng trong nhà kính để thu thập thông tin thời gian thực về các điều kiện trồng trọt, chẳng hạn như ánh sáng, nhiệt độ, điều kiện đất và độ ẩm, cho phép nông dân điều chỉnh các điều kiện để cây trồng phát triển tối ưu.

2. IoT Gateway ứng dụng trong Giao thông thông minh

Gateway IoT thường được sử dụng để kích hoạt các hệ thống giao thông thông minh. Cổng kết nối IoT kết nối máy tính, thiết bị điện tử và các cảm biến khác với nhau, cũng như đám mây. Thông tin được thu thập bởi các Gateway IoT bao gồm thông tin về phương tiện, vị trí phương tiện, thông tin đường đi và nhiều loại thông tin khác, tạo ra các hệ thống giao thông thời gian thực cung cấp thông tin chi tiết có giá trị về cách cải thiện hiệu suất của hệ thống giao thông.

Ví dụ: nếu các máy tính công nghiệp dự đoán rằng một con đường thường bị ùn hoặc nhiều xe cộ vào một thời điểm nhất định trong ngày, hệ thống có thể điều chỉnh lộ trình của xe để tránh tắc nghẽn giao thông, do đó nâng cao hiệu quả của hệ thống, tiết kiệm thời gian và nhiên liệu. Hơn nữa, dữ liệu được thu thập bởi các gateway IoT có thể được sử dụng để bảo trì dự đoán. Chúng có thể dự đoán khi nào một bộ phận hoặc thành phần của hệ thống giao thông sẽ bị lỗi và cảnh báo người vận hành thực hiện bảo trì hoặc thay thế các bộ phận trước khi sự cố hoặc hỏng hóc xảy ra.

3. Tự động hóa nhà máy

Khi nói đến tự động hóa nhà máy, các gateway IoT công nghiệp có thể tạo điều kiện giao tiếp giữa hàng chục, hàng trăm hoặc hàng nghìn thiết bị IoT, máy móc nhà máy và thiết bị nhà máy, cũng như giao tiếp giữa các thiết bị này với đám mây. Gateway IoT cho phép giám sát từ xa các tài sản của nhà máy, cũng như kiểm soát các tài sản đó.

Các Gateway IoT công nghiệp có thể kết nối máy móc mới sử dụng các giao thức hiện đại, cũng như máy móc cũ sử dụng các giao thức cũ. Các giao thức được hỗ trợ bởi cổng IoT bao gồm Giao thức Fieldbus, giao thức PROFINET, Giao thức EtherNET / IP và EtherCAT. Gateway IoT cũng có thể thu thập thông tin từ các thiết bị này, xử lý, phân tích thông tin, cung cấp thông tin chi tiết có giá trị cho phép các nhà vận hành nhà máy tối đa hóa hiệu quả hoạt động của họ, cũng như giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động thông qua bảo trì dự đoán thiết bị nhà máy.

>> Xem thêm: IoT Gateway CPS 200 – giải pháp kết nối đơn giản cho các ứng dụng tự động hóa nhà máy

4. Gateway IoT công nghiệp ứng dụng trong Khai thác mỏ

Các Gateway IoT công nghiệp cũng rất quan trọng và mang lại lợi ích to lớn cho ngành khai thác mỏ để thu thập, xử lý và phân tích thông tin được thu thập thông qua các cảm biến, phân tích theo thời gian thực.

IIoT gateway cho phép các nhà khai thác sử dụng dữ liệu để triển khai công nhân và thiết bị một cách chiến lược nhằm tăng hiệu quả. Ngoài ra, các gateway IoT cho phép bảo trì dự đoán bằng cách dự đoán khi nào các bộ phận và phương tiện bị lỗi để các nhà khai thác mỏ có thể thực hiện bảo trì phòng ngừa, giảm thời gian chết do hỏng hóc xe không mong muốn.

Gateway IoT có khả năng cải thiện sự an toàn của các nhân viên khai thác do các cảm biến IoT có thể được kết nối với các gateway IoT có thể giám sát các khu vực không ổn định trong mỏ, cảnh báo cho các thợ mỏ trong trường hợp trục bị sập hoặc trở nên cực kỳ không ổn định.