Cảm biến rẻ đi và mô-đun vào ra nối mạng dễ hơn, nên gắn thêm một trăm điểm đo trong một phân xưởng không còn là bài toán khó. Phần khó chuyển sang chỗ khác: chọn số liệu nào đáng ghi, chọn nơi số liệu dừng lại và chọn thời gian lưu. Bài này xếp dữ liệu IoT công nghiệp Advantech thành bốn lớp, mỗi lớp có tần suất, nơi lưu và thời gian giữ riêng.
Cách xếp lớp này quyết định ba thứ đi kèm: dung lượng đường truyền phải thuê, cấu hình máy đặt tại xưởng và công sức người vận hành bỏ ra mỗi khi cần tra lại một sự cố.
Vì sao lượng số liệu tăng nhanh hơn phần dùng được
Một mô-đun tám kênh đo lấy mẫu mỗi giây sinh ra gần bảy trăm nghìn bản ghi mỗi ngày. Nhân với vài chục mô-đun trong một xưởng, con số vượt xa nhu cầu thực tế của bộ phận sản xuất, vì báo cáo cuối ca chỉ dùng vài chục dòng tổng hợp.
Phần chênh lệch đó không mất đi mà chuyển thành chi phí: đường truyền, dung lượng lưu và thời gian chờ mỗi lần truy vấn. Sau vài tháng, bảng dữ liệu quá lớn khiến việc mở một biểu đồ theo tuần trở nên chậm, và người vận hành quay lại thói quen ghi tay vì nhanh hơn.
Hướng xử lý không phải là đo ít đi mà là đặt luật cho từng lớp: đo dày ở nơi phát sinh, cô đặc dần khi đi xa khỏi máy móc.
Bốn lớp dữ liệu và nơi mỗi lớp dừng lại
| Lớp | Loại số liệu | Tần suất thường dùng | Nơi dừng lại | Thời gian giữ |
|---|---|---|---|---|
| Tại thiết bị | Giá trị tức thời, trạng thái tiếp điểm | Dưới một giây | Mô-đun vào ra, bộ điều khiển | Không lưu, chỉ đọc |
| Tại xưởng | Dữ liệu thô theo chu kỳ, sự kiện cảnh báo | Một tới vài giây | Máy đặt trong tủ điện | Vài tuần |
| Tổng hợp vận hành | Sản lượng ca, thời gian dừng máy, tiêu thụ điện | Theo ca hoặc theo giờ | Máy chủ tại nhà máy | Vài năm |
| Hồ sơ bắt buộc | Thông số gắn với lô hàng, biên bản sự cố | Theo sự kiện | Hệ thống của doanh nghiệp | Theo quy định ngành |
Ranh giới giữa lớp thứ hai và lớp thứ ba là chỗ quyết định chi phí. Nếu lớp thứ hai được giữ lại tại xưởng, đường truyền chỉ phải mang phần tổng hợp và các sự kiện, thường nhỏ hơn dữ liệu thô nhiều lần.
Đặt tần suất lấy mẫu và ngưỡng thay đổi đáng ghi
- Xếp mỗi điểm đo theo tốc độ biến thiên: nhiệt độ lò và mức bồn thay đổi chậm, dòng điện động cơ và áp suất khí nén thay đổi nhanh.
- Đặt chu kỳ đọc theo nhóm thay vì đặt một chu kỳ chung cho toàn nhà máy.
- Đặt ngưỡng thay đổi đáng ghi cho từng kênh, ví dụ chỉ ghi khi giá trị lệch quá một mức đã định so với bản ghi trước.
- Tách riêng luật cho sự kiện: mọi lần vượt ngưỡng cảnh báo đều ghi đủ, không áp dụng cơ chế lọc.
Bốn luật này thường giảm lượng bản ghi xuống một phần nhỏ so với cách đọc đều tay mọi kênh, mà vẫn giữ nguyên khả năng dựng lại diễn biến trước một lần dừng máy.
Ghép dữ liệu hình ảnh với dữ liệu cảm biến
Camera trong nhà máy thường chạy thành một hệ riêng, tách khỏi số liệu quá trình. Người trực nhìn màn hình, còn số liệu nằm trong bảng khác, nên khi có sự cố thì việc khớp thời điểm giữa hai hệ mất nhiều công.
Cách ghép gọn là giữ luồng hình tại chỗ và chỉ đính tệp ảnh vào bản ghi sự kiện. Khi cảm biến báo lệch kích thước hoặc báo kẹt băng tải, máy tại xưởng lưu một khung hình kèm nhãn thời gian vào đúng dòng sự kiện đó. Báo cáo cuối ca vì vậy có ảnh minh chứng mà không phải mang cả luồng hình về trung tâm.
Dòng thiết bị Advantech ứng với từng lớp
| Thiết bị | Vai trò trong dòng dữ liệu | Điểm đáng chú ý |
|---|---|---|
| ADAM-6017 | Đọc tín hiệu tương tự tại tủ, đưa lên mạng Ethernet | 8 kênh vào tương tự và 2 kênh ra số, tính sẵn giá trị lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình trên mô-đun |
| ADAM-6060 | Đọc trạng thái tiếp điểm và đóng cắt theo điều kiện | 6 kênh vào số và 6 kênh rơ-le, có bộ đếm xung, gửi bản tin theo sự kiện thay vì chờ hỏi |
| WISE-4012E | Điểm đo ở vị trí khó kéo dây | Kết nối không dây chuẩn 802.11b/g/n, ghi nhật ký tại chỗ kèm nhãn thời gian |
| UNO-2484G | Máy đặt trong tủ, gom và cô đặc dữ liệu thô | Máy hộp không quạt, nhiều cổng mạng và cổng nối tiếp, lắp được ổ thể rắn dung lượng lớn |
| APAX-5580 | Vừa điều khiển vừa ghi dữ liệu tại trạm | Hai đầu vào nguồn, hỗ trợ bộ lưu điện, pin nuôi đồng hồ hệ thống tuổi thọ dài |
| WebAccess | Lớp hiển thị, cảnh báo và báo cáo | Giao diện nền web, kết nối cơ sở dữ liệu ngoài, xuất báo cáo theo mẫu bảng tính |
Hai giới hạn hay bị bỏ sót: đường truyền và tuổi thọ ghi
Giới hạn thứ nhất là đường truyền lên trung tâm. Đường truyền tại nhà máy thường chia sẻ với hệ thống văn phòng và camera, nên phần dành cho dữ liệu vận hành hẹp hơn con số ghi trên hợp đồng. Việc cô đặc tại xưởng vì vậy không phải là tối ưu cho đẹp mà là điều kiện để hệ chạy đều.
Giới hạn thứ hai là tuổi thọ ghi của ổ lưu trữ trong máy đặt tại xưởng. Máy ghi liên tục suốt ca chạm giới hạn tổng lượng ghi trước khi chạm giới hạn dung lượng. Cách đọc thông số này có ở bài chọn ổ SSD công nghiệp, còn phần chia mức xử lý giữa xưởng và trung tâm có ở bài máy chủ biên cho dữ liệu IoT.
Ví dụ một xưởng đóng chai nước giải khát
Xưởng có hai dây chuyền, khoảng sáu mươi điểm đo gồm nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và trạng thái động cơ. Yêu cầu ban đầu là dựng báo cáo sản lượng theo ca và tra lại được nguyên nhân mỗi lần dừng máy.
- Tín hiệu tương tự đọc qua mô-đun tại tủ với chu kỳ hai giây, tín hiệu tiếp điểm gửi theo sự kiện.
- Máy hộp không quạt trong tủ điều khiển giữ dữ liệu thô hai mươi mốt ngày và tính sẵn số liệu theo ca.
- Chỉ số liệu theo ca cùng danh sách cảnh báo được gửi về máy chủ tại văn phòng nhà máy, giữ theo năm.
- Mỗi cảnh báo kẹt chai đính kèm một khung hình lấy từ camera đầu chuyền.
- Khi cần điều tra một ca cụ thể, người kỹ thuật mở lại dữ liệu thô ngay trên máy tại xưởng.
Sau ba tháng, lượng dữ liệu gửi ra khỏi xưởng ổn định ở mức nhỏ và không tăng theo số điểm đo mới, vì mỗi điểm đo thêm vào chỉ làm dày lớp thứ hai chứ không làm dày lớp gửi đi.
Chọn thiết bị theo khối lượng dữ liệu phải giữ
Điểm đo và mô-đun vào ra chọn trong danh mục thiết bị IoT công nghiệp, máy gom dữ liệu đặt trong tủ chọn ở danh mục máy tính không quạt. Phần kiến thức nền về cấu hình máy công nghiệp theo tải công việc có ở trang cấu hình máy tính công nghiệp trên IPC247.
Khi đã ước lượng được số điểm đo, chu kỳ đọc và thời gian lưu mong muốn, lọc model bằng công cụ chọn máy theo yêu cầu, ghi rõ số kênh đo và thời gian lưu dữ liệu thô để bên tư vấn tính đúng dung lượng ổ.
Câu hỏi thường gặp về dữ liệu IoT công nghiệp Advantech
Có nên đẩy toàn bộ số liệu cảm biến lên đám mây không?
Không cần. Phần lớn số liệu chỉ có giá trị trong vài giờ đầu, sau đó chỉ còn dùng ở dạng tổng hợp theo ca hoặc theo ngày. Cách làm thường gặp là giữ dữ liệu thô ở máy đặt tại xưởng và chỉ gửi lên trên phần tổng hợp cùng các sự kiện bất thường.
Chọn tần suất lấy mẫu bao nhiêu là hợp lý?
Lấy theo tốc độ biến thiên của đại lượng đo. Nhiệt độ lò và mức bồn thay đổi chậm nên chu kỳ vài giây là đủ, còn dòng điện động cơ và rung động cần chu kỳ ngắn hơn nhiều. Đặt một ngưỡng thay đổi đáng ghi để mô-đun chỉ báo về khi số liệu vượt ngưỡng cũng giảm được lượng bản ghi rất nhiều.
Giữ dữ liệu vận hành trong bao lâu?
Tuỳ mục đích dùng lại. Dữ liệu thô phục vụ điều tra sự cố thường chỉ cần giữ vài tuần, số liệu tổng hợp theo ca giữ theo năm để so sánh, còn hồ sơ chất lượng gắn với lô hàng thì giữ theo quy định của ngành và của khách hàng.
Máy đặt tại xưởng cần ổ lưu trữ loại nào khi ghi liên tục?
Chọn ổ thể rắn công nghiệp có công bố tổng lượng ghi cho phép và dải nhiệt làm việc. Máy ghi số liệu suốt ca sẽ chạm giới hạn ghi trước khi chạm giới hạn dung lượng, nên đây là chỉ số cần xem trước khi chốt cấu hình.
Dữ liệu hình ảnh có nên gom chung với dữ liệu cảm biến không?
Nên gom ở mức sự kiện, không gom ở mức luồng hình. Cách làm gọn là lưu ảnh tại chỗ và chỉ gắn tệp ảnh vào bản ghi sự kiện khi có cảnh báo, nhờ vậy người xem báo cáo tra được ảnh đúng thời điểm mà không phải kéo cả luồng hình về trung tâm.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
