Phát triển nền tảng thu thập dữ liệu cho các ứng dụng IoT công nghiệp

Internet đang tác động vô cùng lớn tới cuộc sống của con người. Internet cho phép chúng ta giao tiếp, tương tác với nhau bằng những cách mà trước đó con người không thể tưởng tượng ra. Gần đây, xuất hiện thêm xu hướng Internet of Things (IoT) và đang trở nên vô cùng quan trọng đối với cuộc sống hàng ngày của chúng ta, quan trọng hơn cả Internet.

Một trong những khả năng thú vị nhất trong các ứng dụng công nghiệp, được biết đến với tên gọi IoT công nghiệp, khả năng truyền thông và tương tác có thể được mở rộng ra đối với các thiết bị và mọi thứ như tự động hóa nhà máy, năng lượng tái tạo, lưới điện thông minh, giao thông thông minh và thậm chí là các ứng dụng dầu khí.  Năm ngoái, Strategy Analytics đã công bố báo cáo dự báo rằng kết nối máy móc với máy móc sẽ tăng từ 368 triệu năm 2015 lên đến 2.1 tỷ năm 2022. Không còn nghi ngờ gì nữa, tiềm năng của IoT là vô cùng lớn. Tuy nhiên,  để đạt được những tiềm năng này thì cần giải quyết một số vấn đề.

Trong môi trường IoT công nghiệp thường có tình trạng một số thiết bị cùng chia sẻ một hệ thống mạng tuy nhiên các thiết bị khác nhau thường hỗ trợ các giao thức truyền thông khác nhau. Để IoT công nghiệp thực sự có ích thì các thiết bị khác nhau phải có khả năng chia sẻ thông tin và truyền thông một cách linh hoạt. Hiện tại, dữ liệu thu  được từ các thiết bị và gửi tới máy chủ trung tâm. Ứng dụng có thể bao gồm một vài cho đến hàng trăm thậm chí hàng ngàn thiết bị tùy thuộc vào quy mô ứng dụng. Do đó, máy chủ phải xử lý dữ liệu để hỗ trợ con người ra quyết định. Vấn đề là những thiết bị khác nhau sử dụng những giao thức truyền thông khác nhau có thể khắc phục bằng cách viết những chương trình riêng để đảm bảo các thiết bị có thể giao tiếp với nhau. Tuy nhiên, cần lưu rằng đây là một quá trình tích hợp phức tạp, tốn kém chi phí làm kéo dài quá trình cài đặt, đây không phải là sự lựa chọn lý tưởng của các công ty thông minh. Mục đích cuối cùng không thể bỏ qua của IoT công nghiệp là biến cuộc sống trở nên dễ dàng hơn. Như nhà khoa học máy tính Michael Littman đã chỉ ra: “Nếu người dùng phải tìm hiểu các giao diện khác nhau của máy hút bụi, ổ khóa, vòi phun nước, đèn chiếu sáng, máy pha cà phê, thì thật khó để cho rằng cuộc sống của họ đang trở nên dễ dàng hơn”.

IoT công nghiệp bao gồm nhiều lĩnh vực, mỗi lĩnh vực lại đòi hỏi chuyên môn khác nhau,  do đó cần có các kỹ sư với những kiến thức nền tảng khác nhau để giải quyết những những dự án một cách hiệu quả. Ví dụ, nhiều người trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp rất am hiểu về các giao thức công nghiệp như Modbus nhưng lại không biết về công nghệ thông tin hoặc 4G LTE. Ngược lại, nhiều người trong lĩnh vực IT hiểu rất rõ về công nghệ truyền thông nhưng lại mơ hồ về các giao thức công nghiệp. Để giải quyết vấn đề này, các doanh nghiệp thường:

1. Dành một khoản chi phí lớn để đào tạo các kỹ sư của mình cách thức vận hành các thiết bị mà họ không hiểu rõ
2. Tuyển dụng những nhân tài mới để bù đắp cho những chuyên môn và kiến thức còn thiếu.

Ngày càng nhiều lập trình viên IoT công nghiệp lường trước được các vấn đề nói trên khi  xây dựng hạ tầng IoT công nghiệp. Cách thức giải quyết các vấn đề trên sẽ giúp triển khai thành công các ứng dụng IoT công nghiệp và công nghệ sử dung có thể giúp giảm chi phí.

Đầu tiên, để giải quyết vấn đề nhức nhối của các doanh nghiệp và giúp họ triển khai thành công các ứng dụng IoT công nghiệp của mình, các thiết bị khác nhau phải chia sẻ thông tin và tương tác với nhau một các linh hoạt. Thứ hai, cần giải quyết vấn đề khi các kỹ sư làm việc với các giao thức mà họ chưa từng làm việc trước đó hoặc với những ứng dụng không thuộc chuyên môn của họ để khai thác hết tiềm năng của IoT công nghiệp. Tóm lại, giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và rút ngắn thời gian từ khi nghiên cứu triển khai đến khi tung sản phẩm ra thị trường là mục tiêu quan trọng của IoT công nghiệp. Để giúp độc giả hiểu rõ hơn về những thách thức mà các doanh nghiệp phải đối mặt khi thực hiện dự án IoT công nghiệp, chúng tôi lấy ví dụ về trường hợp của một công ty quản lý năng lượng mặt trời điển hình và những vấn đề kỹ thuật mà công ty gặp phải.

Công ty quản lý năng lượng mặt trời phải sản xuất phần mềm có khả năng mở rộng để phục vụ nhu cầu về năng lượng cho các hộ cư dân cho đến những tòa nhà quy mô lớn và những nhà máy năng lượng. Mục đích của phần mềm là xuất dữ liệu từ danh sách và hiển thị trên bảng điều khiển, cho phép người dùng và quản trị viên theo dõi được các thông tin: họ đã sản xuất ra bao nhiêu năng lượng cũng như tình trạng của các thiết bị cấp trường. Những công ty này cũng phải phân bổ nguồn lực kỹ thuật cho việc hiển thị thông tin trên bảng điều khiển thay vì phụ trách việc quản lý thiết bị từ xa và truyền tải dữ liệu từ hiện trường tới máy chủ trung tâm. Do đó, các giải pháp có thể hỗ trợ người dùng trong việc thu thập dữ liệu, quản lý thiết  bị sẽ đem lại những lợi ích lớn nhất cho người dùng.

Phần mềm ThingsPro được phát triển bởi Moxa là một trong những giải pháp giúp các doanh nghiệp giải quyết những vấn đề trên. ThingsPro được cài đặt trên các gateway cấp trường như dòng UC-8100 của Moxa có tính năng chủ yếu của là thu thập dữ liệu từ thiết bị cấp trường sau đó chuyển sang định dạng có thể giao tiếp máy chủ và cơ sở dữ liệu trung tâm. ThingsPro hiện có 2 tiện ích Data Logger và Wireless Manager giúp giải quyết vấn đề tương thích giữa các giao thức khác nhau cũng như  giảm thiểu khối lượng công việc của các kỹ sư trong quá trình cài đặt. Data Logger chuyển đổi thông tin từ thiết bị đầu cuối khác do đó thông tin có thể được gửi tới cơ sở dữ liệu và được xử lý để doanh nghiệp có thể sử dụng. Wireless Manager hỗ trợ những người am hiểu về công nghệ tự động hóa trong quá trình kết nối các thiết bị cấp trường tới WAN bằng cách chuyển đổi công việc cho chúng. Kết quả là các kỹ sư không cần tốn thêm thời gian tìm hiểu về công nghệ kết nối không dây do đó họ có thể tập trung hơn vào việc thu thập dữ liệu từ thiết bị và phân tích dữ liệu nhằm đạt được mục tiêu cuối cùng của IoT công nghiệp. Điều này sẽ giúp các doanh nghiệp triển khai các thiết bị nhanh hơn, hoàn thành dự án nhanh hơn và phát triển một giải pháp hiệu quả hơn.

IoT công nghiệp tiếp tục phát triển một cách nhanh chóng, nhu cầu đối với phần mềm ThingsPro cũng tăng lên bởi chúng hỗ trợ các doanh nghiệp trong việc xây dựng những giải pháp giúp rút ngắn khoảng thời gian phát triển và nghiên cứu, phát triển và tung sản phẩm ra thị trường thông qua tính năng hoạt động như một người quản lý không dây hỗ trợ những người không hiểu rõ về các giao thức ICT và tính năng data logger hỗ trợ những người không hiều biết về công nghệ tự động hóa. Hơn nữa, giải pháp này còn giúp tiết kiệm chi phí cho chủ đầu tư. Một trong những lý do chính là bởi vì Gateway được tích hợp module nhỏ gọn cùng với sự hỗ trợ từ ThingsPro sẽ  hoạt động như một bộ định tuyến không dây và thực hiện được những tính năng ghi dữ liệu như một máy tính. Nhờ vậy, người dùng không phải mua thêm máy tính và bộ định tuyến không dây, do đó giúp tiết kiệm đáng kể chi phí. Hơn nữa để điều chỉnh các thiết bị Modbus khác nhau, mẫu Modbus có thể được tái sử dụng để bổ sung thêm các thiết bị Modbus mà không cần cấu hình hình lại. Cấu hình gateway hiện có và những cài đặt mẫu có thể được nhập và xuất cho phép triển khai nhanh hơn thông qua GUI. Cuối cùng, người dùng cũng có thể xử lý sự cố và duy trì lịch sử các file log của hệ thống qua ThingsPro.