Monitoramento de condição para IoT industrial

Azure Data Lake
Hubs de eventos do Azure
Azure IoT Edge
Hub IoT do Azure
Azure Monitor

Ideias de soluções

Esse artigo é uma ideia de solução. Caso deseje que ampliemos o conteúdo com mais informações, como possíveis casos de uso, serviços alternativos, considerações sobre implementação ou diretrizes de preços, fale conosco enviando seus comentários no GitHub.

Essa ideia de solução demonstra como os fabricantes finais podem conectar seus ativos à nuvem usando a Arquitetura Unificada de Comunicações de Plataforma Aberta (OPC UA) e os Componentes Industriais da Microsoft.

Arquitetura

Diagram showing the architecture.

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Fluxo de dados

Os dados fluem pela solução da seguinte maneira:

  1. Os dispositivos industriais que podem se comunicar nativamente com o OPC UA podem se conectar diretamente ao IoT Edge. O IoT Edge é o poder de computação que fica na sua rede local. É o ambiente de tempo de execução dos Módulos Industriais: OPC Publisher, OPC Twin e Discovery Module. Os módulos são contêineres que executam serviços do Azure, serviços de terceiros ou seu próprio código. O módulo OPC Publisher se conecta aos servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA no Hub IoT do Azure. O OPC Twin cria um gêmeo digital de um servidor OPC UA na nuvem e fornece recursos de chamada/leitura/gravação/método de navegação do OPC UA por meio de uma interface REST (Representational State Transfer) baseada em nuvem. O módulo Descoberta fornece serviços de descoberta na borda, que incluem a descoberta do servidor OPC UA.
  2. Os dispositivos industriais que não podem se comunicar por meio do OPC UA precisam de um adaptador PLC de terceiros para se conectar ao IoT Edge. Os adaptadores podem ser obtidos como módulos no Azure Marketplace.
  3. Os adaptadores PLC de terceiros permitem a conectividade entre os dispositivos e o IoT Edge.
  4. Para recursos analíticos mais próximos de onde os dados se originam, você pode obter módulos como o Azure Machine Learning no Edge ou o Azure Functions, do Azure Marketplace. Esses módulos fornecem baixa latência e operação em um estado desconectado.
  5. O Hub IoT do Azure conecta os dispositivos virtualmente à nuvem para processamento de dados adicional. Ele permite uma comunicação bidirecional com segurança aprimorada entre aplicativos e dispositivos IoT.
  6. Os Serviços Industriais são compostos por vários microsserviços que expõem uma API REST. Todos os Serviços Industriais são implantados em um cluster do Serviço de Kubernetes do Azure. Eles implementam a lógica de negócios e funcionalidade para detecção, registro, controle remoto e telemetria de pós-processamento de dispositivos industriais. As APIs REST podem ser usadas em qualquer linguagem de programação e estrutura que possa chamar um ponto de extremidade HTTP.
  7. Os Hubs de Eventos do Azure transformam e armazenam os dados. Ele fornece uma plataforma de processamento de fluxo distribuído com baixa latência e integração perfeita.
  8. Em um caso, armazene e analise os dados usando o Azure Data Explorer. O processador de telemetria na plataforma IoT Industrial encaminha exemplos contextualizados para o Azure Data Explorer e para outros consumidores.
  9. O Azure Data Explorer tem uma interface do usuário da Web que você pode usar para visualizar a telemetria.
  10. Em outro caso, depois que os Serviços Industriais processam os dados, o Azure Data Lake armazena e analisa os dados. O Azure Data Lake é um data lake massivamente escalonável com segurança e auditoria de nível empresarial, que permite executar programas analíticos em lote, fluxo e interativos com simplicidade. O Azure Data Lake resolve muitos dos desafios de produtividade e escalabilidade que impedem que você maximize o valor de seus ativos de dados.
  11. Explore seus dados com relatórios visuais e colabore, publique e compartilhe esses relatórios com outras pessoas. O Power BI integra-se com outras ferramentas, incluindo o Microsoft Excel, para que você possa atualizar-se rapidamente e trabalhar sem problemas com as suas soluções existentes.
  12. Em um terceiro caso, o Azure Stream Analytics é um serviço de análise em tempo real. É facilmente extensível, com código personalizado e recursos internos de machine learning, para cenários mais avançados.
  13. O Azure Functions é um serviço de computação sem servidor, que permite executar pequenas partes de código chamadas funções sem se preocupar com a infraestrutura do aplicativo. Com o Azure Functions, a infraestrutura de nuvem fornece todos os servidores atualizados de que você precisa para manter seu aplicativo em execução em escala.
  14. Os Hubs de Notificação do Azure permitem que você envie notificações para uma ampla gama de plataformas móveis e pode permitir a notificação de operadores e administradores em determinados eventos ou alertas que exigem atenção imediata.

Componentes

Os dados são carregados destas fontes de dados diferentes usando diversos componentes do Azure:

  • O IoT Edge move análises de nuvem e lógica de negócios personalizada para dispositivos, de modo que sua organização pode se concentrar em ideias de negócios em vez de gerenciamento de dados. Escale horizontalmente sua solução de IoT ao empacotar sua lógica de negócios em contêineres padrão, então você pode implantar esses contêineres para qualquer um dos seus dispositivos e monitorar tudo na nuvem.

  • Os Módulos Industriais de IoT Industrial do Azure são executados no Azure IoT Edge para conectar o chão de fábrica. O módulo OPC Publisher se conecta aos servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA desses servidores no Hub IoT do Azure. O OPC Twin fornece detecção, registro e controle remoto de dispositivos industriais por meio de APIs REST. O Módulo de Descoberta fornece serviços de descoberta na borda, que incluem a descoberta de servidor OPC UA.

  • O Hub IoT é um serviço gerenciado e hospedado na nuvem que atua como um hub central de mensagem para a comunicação bidirecional entre o aplicativo de IoT e os dispositivos que ele gerencia. Você pode usar o Hub IoT do Azure para criar soluções de IoT com comunicação segura e confiável entre milhões de dispositivos de IoT e um back-end de solução de nuvem hospedado. Você pode conectar praticamente qualquer dispositivo ao Hub IoT.

  • Os Serviços industriais no Kubernetes do Azure são compostos por vários componentes de nuvem que se dividem em microsserviços que fornecem serviços de API REST e de agente que podem fornecer processamento e funcionalidade semelhante a daemon.

  • Os Hubs de Eventos do Azure são uma plataforma de streaming de Big Data e um serviço de ingestão de eventos. Ele pode receber e processar milhões de eventos por segundo. Os dados enviados para um hub de eventos podem ser transformados e armazenados usando qualquer provedor de análise em tempo real ou adaptadores de envio em lote/armazenamento.

  • O Azure Data Explorer é um serviço de exploração de dados rápido e altamente escalonável para dados telemétricos e de log. Você pode usar o Azure Data Explorer para desenvolver um serviço de série temporal. O Azure Data Explorer inclui suporte nativo para criação, manipulação e análise de várias séries temporais com soluções e fluxos de trabalho de monitoramento quase em tempo real.

    O Azure Data Explorer pode ingerir dados de Hub IoT do Azure, Hubs de Eventos do Azure, Azure Stream Analytics, Power Automate, Aplicativos Lógicos do Azure, Kafka, Apache Spark e muitos outros serviços e plataformas. A ingestão é escalonável e não há limites. Os formatos de ingestão do Azure Data Explorer com suporte incluem JSON, CSV, Avro, Parquet, ORC, TXT e outros formatos.

  • A interface do usuário da Web do Azure Data Explorer permite executar consultas e criar painéis de visualização de dados.

  • O Azure Data Lake torna o Armazenamento do Microsoft Azure a base para a criação de data lakes corporativos no Azure. Projetado desde o início para atender a vários petabytes de informações enquanto sustenta centenas de gigabits de taxa de transferência, ele permite que você gerencie facilmente grandes quantidades de dados.

  • Power BI é um conjunto de ferramentas de análise de negócios para analisar dados e compartilhar informações. O Power BI pode consultar um modelo semântico armazenado no Analysis Services ou pode consultar diretamente o Azure Synapse.

  • O Azure Stream Analytics é um mecanismo de processamento de eventos complexos e análise em tempo real desenvolvido para analisar e processar simultaneamente altos volumes de dados de streaming rápido de várias fontes. Padrões e relações podem ser identificados em informações extraídas de muitas fontes de entrada, incluindo dispositivos, sensores, sequências de cliques, feeds de mídia social e aplicativos.

  • O Azure Functions permite que você execute pequenos pedaços de código (chamadas de "funções") sem se preocupar com a infraestrutura do aplicativo. O Azure Functions é uma ótima solução para processamento de dados, integração de sistemas, trabalho com a Internet das coisas (IoT) e criação de APIs e microsserviços simples.

Detalhes do cenário

Os fabricantes podem monitorar os principais parâmetros de seus equipamentos para descobrir anomalias antes de se tornarem problemas críticos. O OPC UA é um padrão de interoperabilidade independente de plataforma e orientado a serviços para uma troca de dados segura e confiável. O OPC UA é usado por vários sistemas e dispositivos industriais, como computadores, PLCs e sensores do setor. É um padrão que é impulsionado pela OPC Foundation.

Possíveis casos de uso

  • Produção
  • Energia elétrica e energia
  • Construção e instalações
  • Petróleo e gás upstream

Próximas etapas

  • Para obter uma exibição detalhada dos Módulos e Serviços Industriais, consulte a arquitetura da Plataforma IoT Industrial do Azure.