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Will Time-Sensitive Networking (TSN) Improve the IIoT?

Is current Internet technology sufficient for the needs of Industry 4.0 or the IIoT?  Or could it be better?  How can we enhance Ethernet to improve real-time data communications? These are the kinds of issues that some key players in Industrial IoT plan to address by developing the world’s first time-sensitive networking (TSN) infrastructure.

TSN has been defined as “a set of IEEE 802 standards designed to enhance Ethernet networking to support latency-sensitive applications that require deterministic network performance,” according to Mike Baciodore in a recent article in Control Design titled “How time-sensitive networking enables the IIoT

Put simply, the goal of TSN is to provide the IoT with the same kind of real-time performance that is now limited to individual machines like cars and airplanes, or to distributed control systems in industrial applications.  The Industrial Internet Consortium (IIC), along with Intel, National Instruments, Bosch Rexroth, Cisco, Schneider Electric and others have joined forces to achieve this goal, to enable a truly real-time IoT.

TSN is Good News for Skkynet

This collaboration to develop TSN comes as good news to us here at Skkynet.  Since we currently provide secure, bidirectional, supervisory control capabilities over TCP, we understand how much more effective our software and services will be when supported by TSN.

With TSN, our latencies of a few ms over Internet speeds would be reduced to simply a few ms.  Data dynamics would be better preserved, and system behavior more deterministic.  This effort to develop TSN validates our thinking that the IIoT works best with low-latency, high-speed networking.  Unlike those who operate on the assumption that web communication technology (REST) is the way forward, the TSN approach means that networked data communications can approximate or equal in-plant speeds and latencies.

Several participants and commentators on the TSN project point out that typical cloud architectures are not ideal counterparts for TSN.  Something fundamentally different is required.  Putting their individual ideas and suggestions together, what they envision for an architecture is remarkably close to what Skkynet currently provides.  It should be secure by design, fully integrate edge computing, and keep the system running without interruption during any network outages.  Above all, it must provide secure, selective access to any process data, in real time.

“One of the cool concepts out there is that people will want to have a cyberphysical representation of the equipment in the cloud,” said Paul Didier, solutions architect manager at Cisco. “That doesn’t mean the physical plant will be controlled in the cloud. Optimization and maintenance can be done in the cloud and will filter its way back to the machine.”

Our recent case study showcasing DataHub and SkkyHub technology illustrates this “cyberphysical representation.”  During the deployment and test of a mineral processing system, developers thousands of miles away monitored the machine logic and tweaked the system in real time. “It was as if we were sitting beside them in the control room,” said one of the team, “and through live monitoring, we were able to continue developing the application, thanks to the real-time connectivity.”

It’s a small step from this to machine control, and time-sensitive networking will be a welcome technology in that direction.  To the Industrial Internet Consortium (IIC) and everyone else involved in this project, we say keep up the great work!  We’re ready to put TSN to good use when it becomes available.

Industrial IoT, Big Data & M2M Summit―Takeaways

Last week several of us here at Skkynet had the pleasure to attend and present a case study at the Industrial IoT, Big Data & M2M Summit in Toronto.  IoT specialists representing a wide range of industries, from mining, manufacturing, and energy to telecom and software gathered to share insights and learn from collective experience how to get the most out of Industrial IoT.

Challenges to IoT adoption was a key topic of discussion.  There was considerable agreement among summit participants that one of the primary challenges is not technical, but cultural.  Switching from software ownership to data as a service requires a new mind-set, which not everyone is willing to adopt.  Speaker after speaker underlined the need to communicate value and get buy-in from all concerned parties. You should start with a small pilot project, with minimal investment, and demonstrate ROI.  Other challenges discussed included incompatible protocols and security risks.

Summit Theme: Partnerships

A common theme that prevailed in presentations and comments throughout the summit was that the IoT casts such a wide net that nobody can do all of it well.  We need to work together.

“IoT is all around partnerships,” said Christopher Beridge, Director of Business Development – IoT and Business Solutions at Bell Mobility.

“A lot of people have a part to play when you are talking IoT,” according to Matthew Wells, Senior Product General Manager at GE Digital.

“Smartness depends on how interconnected you are,” commented Steven Liang, Associate Professor at the University of Calgary, and conference chair.

Above all, there was agreement that the IoT is here to stay. “Our focus is to make things more efficient, reliable, affordable, and convenient, and the IoT is a way to do it,” said Michael Della Fortune, Chief Executive Officer of Nexeya Canada.  “It powers and upholds the 4 Vs—Variety, Volume, Velocity, and Veracity—of Big Data.”

Perhaps Timon LeDain, Director, Internet of Things at Macadamian summed it up best when he said, “IoT will be done by you, or done to you.”

Case Study: Renewable Wind Power, Turkey

DataHubを使用して、遠隔風力発電所の集約データをWebViewで監視

トルコ電力会社によると、トルコの国は経済や産業が高成長しており、今後20年間に年間6%の電力需要が増加すると予測されおり、エネルギー部門の投資額は1,000億ドルを大幅に上回ります。 特に風力が注目されており、世界中に設置されているシステムの中でももっとも成長率が伸びおり、2010年の1,700 MWから2023年には2万MWへと飛躍するだろうと予測されています。

この波に乗ってイスタンブールの有力な電力生産会社は、発電のための再生可能な代替発電源に多額の投資を行っています。 彼らは2か所に風力発電所を建設し、近日第3発電所と熱エネルギー発電所も建設中です。 6ヵ月前、建設フェーズの完了に伴い、同社は風力ファームを監視し、イスタンブールの中央事務局にWebベースアプリケーションを使用して、ライブデータの表示を検討し始めました。

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運営担当ディレクターは「我々は、2か所の風力発電所のエネルギー生産状況を迅速に確認しなければなりません。稼働中、保守中、故障時に、各タービンの詳細なデータを把握する必要がありました。2か所の遠隔風力発電所がインターネットに直接接続できないSCADAシステムによって制御されていることが難題でした。 Skkynetのトルコ市場パートナーであるNSC Teknolojiは、DataHub® WebView™を使用したソリューションを提案しました。

各リモートロケーションに DataHub®をインストールし、各SCADAシステムに接続しさせ、次に中央事務局で稼動しているWebViewに接続させました。NSCのスタッフは、 データ連携が確立した後に、システムと風力タービンの概要や詳細データを表示するための特別なWebページを作成しました。

NSC Teknolojiのイブラヒム・セルハン・アルスラン氏は、「このシステムは、1秒間のリフレッシュで、インターネット上で30,000以上のデータポイントを送信できます。我々の制限された帯域幅で膨大な量のデータを送信できる非常に優れたパフォーマンスです。」とコメントしています。

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HMI画面とコントロールの作成は、WebViewインターフェイスからプログラミングなしで簡単に作成できました。 遠隔地からメガワットの生産、風速、気温、各風力発電所の総タービン数と運転状況の全ての情報を1つの画面上に表示することができます。

Arslan氏曰く。「近い将来、3番目の風力発電所からのデータもシステムに追加予定です。今まで風力発電所ごとにこのデータにアクセスできるようになる以前は、システム全体のデータを1つの画面で表示する方法がありませんでした。 現在は、すべての発電所の概要画面が表示され、各プラントの詳細はワンクリックで表示できます。」

オペレーションデレクターは「このソリューションは、我々の風力発電所の状態を確認する非常に効率的な方法です。このシステムに協力してくれたNSC Teknoloji社とSkkynet社に感謝しています。」

Down-to-Earth Cloud: Fog Computing on Edge Devices

When a cloud comes to earth–hitting a mountain, or rolling in at ground level–we call it fog. In the same way, cloud computing conducted at the local level is sometimes referred to as “fog” computing or “edge” computing. Wikipedia defines edge computing as “pushing the frontier of computing applications, data, and services away from centralized nodes to the logical extremes of a network.” In other words, fog or edge computing brings data processing out of the clouds and down to earth.

In a recent blog, New in IIoT: Fog Computing Leverages Edge Devices and the Cloud, Al Presher describes how edge devices are being used in commercial and industrial applications to provide computing power to interface between the real world and the cloud. Putting computing power as close as possible to the data collection, detection or control can mean quicker response, and more efficient and meaningful data collection.

For example, a simple device might send a simple message “I’m switched on and working” every second. A control system that interacts with the device needs that message the first time, but not every second. Maybe it could use an hourly or daily update as a status report, but sending the message more frequently would just waste resources and bandwidth. With the thousands or millions of such devices that the IoT promises, we need a way to send only meaningful messages.

This is where edge computing comes in. A program on the device can throttle the messages down to once an hour, or once per day, or whatever. It can read and interpret messages such as “I’m switched off” or “I’m not working properly“, and forward them immediately. For more sophisticated devices, an edge computing solution could send ordinary status messages when things are normal, and then open a real-time data flow during any abnormal conditions, so that every single data change, no matter how brief, can be collected and recorded.

In addition to decreasing data volume, edge computing can also reduce the amount of processing done on the receiving end of the data. For example, unit conversions, linear transformations, and simple analytical functions can be run on the data before it gets sent to the cloud. Spread out over hundreds or thousands of devices, this relatively simple, decentralized processing can translate into significant cost savings.

The Skkynet Embedded Toolkit supports edge computing in several ways on devices where it is used. It has a built-in command set, and a scripting language specifically designed for mission-critical industrial applications, with a wide range of functions for interacting with the real-time data as it flows through the system. Being able to access each data point in the system, it can support both monitoring and control functionality, as needed.

What will be the impact of fog or edge computing? At this point it is difficult to predict, exactly. However, it seems that for industrial systems, edge computing can provide many of the benefits of a SCADA (Supervisory Control And Data Access) system, for a much smaller up-front and ongoing investment. By plugging edge devices into an existing data communications infrastructure like SkkyHub, much of the heavy lifting for data monitoring and supervisory control has already been done.

ExxonMobil Seeks Open Automation Solutions

At the most recent ARC Industry Forum in Orlando, ExxonMobil announced that they are not satisfied with business as usual when it comes to industrial automation, and they are looking for something far superior to what is currently being offered.  On January 14, 2016, ExxonMobil announced that they had awarded a contract to Lockheed Martin to serve as the systems integrator in the early stage development of a next-generation open and secure automation system for process industries.  Lockheed Martin is tasked to seek out the architecture and tools needed for an “open, standards-based, secure and interoperable control system” that can be seamlessly integrated with existing facilities, as well as new and future systems.  ExxonMobil wants the hardware and software components to be commercially available and able to function in all current DCS markets.

Rather than simply replace their aging systems with the current state of the art, which is expensive, inflexible, and closed, ExxonMobil wants to leverage new, open, IoT, wireless, and cloud technologies to cut costs, enhance security, and reduce development time. As with other, adjacent areas of technology, they want to see a step-change improvements, not incremental or bolted-on changes to obsolete architectures.

Originally presented at Industry Day on January 26, 2016

Their vision for open automation is standards-based, secure, and interoperable, which will:

  1. Promote innovation & value creation
  2. Effortlessly integrate best-in-class components
  3. Afford access to leading-edge capability & performance
  4. Preserve the asset owner’s application software
  5. Significantly lower the cost of future replacement
  6. Employ an adaptive intrinsic security model

This vision reads like a list of Skkynet connectivity solutions features and benefits:

  1. SkkyHub, DataHub, and the ETK foster innovation and value creation by providing open-standards, real-time data connectivity for hardware and software from almost any vendor.
  2. These Skkynet tools allow users to integrate data from virtually any components.
  3. This kind of real-time data integration enables each component in turn to perform at its highest capacity.
  4. Any generation of equipment, from legacy to state-of-the-art, can be integrated.
  5. Connecting modules can be replaced, and the system itself gets continually updated.
  6. Connections from the DataHub or ETK to SkkyHub are secure by design.

We are currently in communication with Lockheed Martin, and bringing these advantages to ExxonMobil’s attention. We share their vision, and offer tested, verified, working solutions.

Industrial IoTに適応する

“I t all sounds fine on paper, but will it work for me?”

「理論上は素晴らしいが、一体どのように活用したらよいのだろうか?」その質問は、Industrial IoTが話題になった時にエンジニアやシステムインテグレータからよく尋ねられます。それに合わせる方法はとてもたくさんあります。産業システムはスノーフレークのようなもので、全てがユニークです。各施設や工場、パイプライン、発電所などは、プラントオートメーションの歴史において、特別な目的、世界の異なる地理条件、その時代のテクノロジー技術の進化に合わせて、幅広く開発されてきました。私たちは、広範囲のマシン、ツール、センサー、および独自開発の自社製ソフトウェアとデータプロトコルの無限の組み合わせで使用される機器を見ています。時間が経つにつれてプラントの改造と拡張やハードウェアやソフトウェアのアップグレードとともにさらに多様化しています。

この多様性に対応できなければ、Industrial IoTに関して、新しい疑問が浮上してきます。実際にどのようにIoTをスタートすれば良いのだろうか?どこのサービスプロバイダを使用するのですか?アプローチやプラットフォームはどのようなものがベストですか?費用のメリットは何ですか?

これらをまとめてみると、優れたIndustrial IoTソリューションは快適なものでなければならないことは明らかです。それは実際にすべてのプラント内システムに接続する必要があり、リモートシステムへのリンクを提供すべきです。複数のデータプロトコルや従来のシステムと互換性があり、将来のハードウェアやソフトウェアとシームレスに統合する必要があります。新しいスーツを着るのと同じように、理想的なことは、何かを混乱させることなくIoTを容易にすることです。

目的に向けて、良いシステムが対応すべきことことは:

  • 多様なデータ通信プロトコルをサポート: OPC“Classic”とUAの両方のOPCは、産業データ通信の簡素化と統一において重要な役割を果たします。 産業用IoTプラットフォームは、Modbus、Profibus、HART、DeviceNetなどの一般的な工業用フィールドバスとともにOPCをサポートする必要があります。 IEC 61850、CAN、ZigBee、BACnetなどのより専門的な標準もサポートする必要があります。 これらに加えて、Industrial IoTは、Web接続用のHTMLやXML、データベース接続用のODBC、必要に応じてExcelに接続するためのDDE、カスタムプログラムに接続する機能など、非工業標準と互換性がある必要があります。
  • 組み込み機器への接続:“もの”のインターネットの部分は、主に組み込み機器を指しています。 センサ、アクチュエータなどのデバイスは、日々の小型化、安価化、多用途化が進んでいます。それらは、直接または有線またはモバイルゲートウェイ経由でクラウドに接続できる必要があります。これは、SCADAがIndustrial IoTに豊富な経験を提供できる分野であり、インターネット接続が提供できる拡張されたリーチから大幅に利益を得ることができます。
  • 新規または既存の機器や設備で作業する: 1970年代にDCSとPLCが導入されて以来、デジタル・オートメーションはますます発展し、進化しています。新しいテクにロジーが絶えず採用または適応されていますが、多くの古いシステムは引き続き稼働しています。多くの工学、労力、および資本が各プロジェクトに投資されているため、プラント管理者は、稼働しているシステムに変更を加えることに消極的です。“壊れていなければ、修理しない”世界で受け入れられるためには、Industrial IoTシステムは、既存設備に接続できるが、侵入するべきではありません。もちろん、新システムに対しても同様にすべきです。
  • 既存のツールを使用するか、それ以上のものを使用する: Industrial IoTは、車輪の再発明をする必要はありません。 ほとんどの産業オートメーションシステムには、DCSおよびSCADAシステムやHMI、MES、ERPおよび他の種類のデータベース、データのヒストリアン、その他、を含む実用的なツールセットがあります。互換性のあるIndustrial IoTの実装は、適切なプロトコルを使用して、これらのすべてのツールを使用してできるだけシームレスに動作する必要があります。 同時に、必要に応じて、あるいは改善されたツールへの接続を提供することもうまくいくでしょう。
  • ビッグデータの要件を満たす: 新しいツールの中で、既存または将来の産業システムをビッグデータに接続する機能は、Industrial IoTの主要な魅力の1つです。 互換性のあるIndustrial IoTソリューションは、ビッグデータエンジンを選択するために必要な接続性とパフォーマンスを提供する必要があります。
  • 段階的な導入を可能にする: オートメーションの専門家やIndustrial IoTの支持者は、このすべてを一度に実装する必要はないことを素早く指摘しています。 彼らはしばしば段階的な実装プロセスを推奨します。 小さなデータセット、独立したプロセスまたはシステムから始め、そこから構築します。 必要に応じてユーザに提供します。 あなたがツールやテクニックに慣れたら、あなたは増築することができます。もちろん、このアプローチをサポートするIoTプラットフォームが必要です。

Skkynetの仕組み

Skkynetは、Industrial IoTとの互換性をシームレスに連携する3つのコンポーネントDataHub®、Embedded Toolkit(ETK)、SkkyHub™で実現します。

Cogent DataHub® は、OPC、Modbus、ODBC、およびDDEを介してプラント内のシステムに直接接続し、または、Red Lion Data Station Plusと完全に統合され、300の追加の産業用プロトコルに接続します。 DataHubは、データ集約、サーバー間ブリッジ、データベースロギング、冗長性、およびその他のデータ統合機能をサポートします。 柔軟なWebベースのHMIであるWebViewも提供しています。

Embedded Toolkit (ETK) は、組み込みシステムがSkkyHubまたはDataHubと接続して通信するためのビルディングブロックを提供するCライブラリです。 Red Lion、B + B SmartWorx、NetComm、SysLINK、およびRenesas、Lantronix、Raspberry Pi、Arduino、ARMなどのデバイスのゲートウェイ上で動作するようにコンパイルされています。

これらの2つのコンポーネントは、事実上あらゆる産業システムに接続して統合することができます。 SkkyHubに接続すれば、いつでもクラウドに向かって進化の第一歩を踏み出すことができます。

SkkyHub™ サービスは、ローカルとリモートの両方でネットワーク上でリアルタイムデータを収集し、配信します。 DataHubまたはETK対応デバイスに接続することで、SkkyHubは遠隔地間の産業用IoTデータの安全なネットワーキングと、WebViewによる遠隔監視および監視制御を提供します。

SkkynetのIndustrial IoTソフトウェアとサービスは、今日広く使用されています。 製造施設、風力および太陽光発電所、オフショアプラットフォーム、鉱山、パイプライン、生産ライン、ゲージ、ポンプ、バルブ、アクチュエーター、およびセンサーを接続することができます。 事実上あらゆる産業システムとのセキュリティ、スピード、互換性のユニークな組み合わせにより、DataHub、ETK、SkkyHubは、Indusrial IoT に適合したコンポーネントです。