Monitoramento de condição para IoT industrial

Data Lake
Hubs de Eventos
IoT Edge
Hub IoT

Ideias de solução

Este artigo é uma ideia de solução. Se você quiser expandir o conteúdo com mais informações, como possíveis casos de uso, serviços alternativos, considerações de implementação ou diretrizes de preços, informe-nos fornecendo comentários do GitHub.

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

Arquitetura

Diagrama mostrando a arquitetura.

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Fluxo de dados

Os dados fluem pela solução da seguinte maneira:

  1. Dispositivos industriais que podem comunicar nativamente o OPC UA podem se conectar diretamente ao Azure IoT Edge. IoT Edge é a potência de computação que fica em sua rede local. É o ambiente de runtime dos Módulos Industriais: OPC Publisher, OPC Twin e Discovery. Os módulos são contêineres que executam serviços do Azure, serviços de terceiros ou seu próprio código. O módulo OPC Publisher conecta-se a servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA para Hub IoT do Azure. O OPC Twin cria um gêmeo digital de um servidor OPC UA na nuvem e fornece recursos de navegação/leitura/gravação/chamada de método do OPC por meio de uma interface REST (Transferência de Estado Representacional) baseada em nuvem. O módulo Discovery 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 habilitam a conectividade entre os dispositivos e 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 Azure Functions, do Azure Marketplace. Esses módulos fornecem baixa latência e operação em um estado desconectado.
  5. Hub IoT do Azure conecta os dispositivos virtualmente à nuvem para processamento de dados adicionais. Ele habilita uma comunicação bidirecional aprimorada pela segurança entre aplicativos EOT e dispositivos.
  6. Os Serviços Industriais são compostos por vários microsserviços que expõem uma API REST. Todos os Serviços Industriais são implantados em um cluster Serviço de Kubernetes do Azure. Eles implementam a lógica e a funcionalidade de negócios para descoberta, registro, controle remoto e telemetria 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. Hubs de Eventos do Azure transforma e armazena 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 Data Explorer do Azure. O processador de telemetria na plataforma IoT Industrial encaminha amostras contextualizadas para o Azure Data Explorer e 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 que programas analíticos interativos e em lote sejam executados com simplicidade. O Azure Data Lake resolve muitos dos desafios de produtividade e escalabilidade que impedem a maximização do valor de seus ativos de dados.
  11. Explore seus dados com relatórios visuais e colabore e publique e compartilhe-os com outras pessoas. O Power BI se integra a outras ferramentas, incluindo o Microsoft Excel, para que você possa se atualizar rapidamente e trabalhar perfeitamente com suas soluções existentes.
  12. Em um terceiro caso, o Azure Stream Analytics é um serviço de análise em tempo real. Ele é facilmente extensível com código personalizado e recursos internos de machine learning para cenários mais avançados.
  13. Azure Functions é um serviço de computação sem servidor, que permite que você execute 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:

  • IoT Edge move a análise de nuvem e a lógica de negócios personalizada para dispositivos para que sua organização possa se concentrar em insights de negócios em vez de gerenciamento de dados. Expanda 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 conecta-se a servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA desses servidores para Hub IoT do Azure. O OPC Twin fornece descoberta, 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 do servidor OPC UA.

  • Hub IoT é um serviço gerenciado, hospedado na nuvem, que atua como um hub de mensagens central para comunicação bidirecional entre seu aplicativo 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 Agente que podem fornecer processamento e daemon como funcionalidade.

  • 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 do Azure Data Explorer Web permite que você execute consultas e crie painéis de visualização de dados.

  • O Azure Data Lake torna o Armazenamento do 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.

  • Azure Functions permite que você execute pequenas partes de código chamadas funções sem se preocupar com a infraestrutura do aplicativo. O Azure Function é uma ótima solução para processar dados em massa, integrar sistemas, trabalhar com IoT e criar 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 controlado pela OPC Foundation.

Possíveis casos de uso

  • Produção
  • Energia e energia elétricas
  • Construção e instalações
  • Óleo e gás upstream

Próximas etapas

  • Para obter uma exibição detalhada dos Módulos e Serviços Industriais, consulte a arquitetura da Plataforma IoT Industrial do Azure.
  • Para obter uma exibição detalhada de todos os microsserviços individuais e processos de agente, consulte detalhes de arquitetura.
  • Você pode encontrar mais informações sobre como começar a usar a Plataforma IoT Industrial do Azure no repositório GitHub do IoT Industrial.