تتطور أنظمة التحكم الصناعية بسرعة نحو البنى الأصلية للسحابة وتكاملات إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT). وتنشر منشآت التصنيع الحديثة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، وعُقد الحوسبة الطرفية المتصلة بالشبكة، التي تنتج البيانات باستمرار. ويتطلب التقاط البيانات التشغيلية وتقييمها من هذه الأصول الموزعة منهجيات مراقبة موحّدة. ويُعد OpenTelemetry إطارًا مفتوح المصدر مصممًا لتوحيد مقاييس النظام وسجلات الأنشطة وآثار التنفيذ عبر أتمتة العمليات الصناعية والبنية التحتية لتقنية المعلومات.

دور بيانات القياس عن بُعد في البنية التحتية الحديثة للأتمتة

تعالج منصات الأتمتة الصناعية المعقدة كميات كبيرة من الإشارات التشغيلية للحفاظ على سلامة العمليات. ويجب على المهندسين تقييم دورات تنفيذ وحدات التحكم، وصحة شبكات ناقل الحقل، وأحمال الخوادم في الوقت الفعلي. وتتكون بيانات القياس عن بُعد للنظام من ثلاثة أنواع أساسية: المقاييس والسجلات والآثار.

توفر المقاييس قيمًا كمية مستمرة، مثل حمل وحدة المعالجة المركزية أو أوقات تنفيذ دورات الناقل. وتنشئ السجلات سجلات مؤرخة زمنيًا لأحداث محددة في الأجهزة أو البرامج. وتتتبع الآثار طلبات التنفيذ أثناء انتقالها عبر الخدمات المصغرة الموزعة على الشبكة. ويوفر الجمع بين تدفقات البيانات الثلاثة رؤية شاملة لشبكات التحكم في أرضية المصنع ومنصات السحابة الإشرافية.

بنية إطار OpenTelemetry وتدفق البيانات فيه

يعمل OpenTelemetry عبر مسار معياري يستقبل تشخيصات النظام ويعالجها ويصدّرها. وتستخدم طبقة التطبيق واجهات برمجة التطبيقات (APIs) وحِزم تطوير البرمجيات (SDKs) القياسية لالتقاط الأحداث البرمجية منخفضة المستوى.

يتدفق مسار البيانات بالتتابع عبر مراحل تشغيلية محددة بوضوح:

1. عُقد التطبيقات والتحكم: تنشئ الأجهزة المضمنة والبرامج الصناعية المقاييس والسجلات وأحداث الآثار الأولية أثناء التنفيذ.
2. واجهات برمجة التطبيقات وحِزم تطوير البرمجيات: تلتقط الواجهات الموحّدة هذه الأحداث دون الحاجة إلى نقاط ربط مخصصة ومملوكة.
3. استقبال البيانات في جامع OpenTelemetry: تستقبل المستقبلات المخصصة تدفقات البيانات الواردة من عدة عُقد تحكم في الوقت نفسه.
4. معالجة الجامع وإثراء البيانات: ترشّح وحدات المعالجة الداخلية الضوضاء، وتجمع السجلات في دفعات، وتضيف بيانات وصفية سياقية إلى بيانات القياس عن بُعد المجمعة.
5. نقل البيانات عبر المصدّرات: تنسّق المصدّرات الموحّدة البيانات المُثرية وتنقلها مباشرةً إلى منصات المراقبة والتحليلات المستهدفة.

يلغي محرك الاستقبال الموحّد هذا الحاجة إلى تشغيل عدة وكلاء مملوكين على أجهزة التحكم.

المزايا التشغيلية الرئيسية لتطبيق OpenTelemetry

• الاستقلالية عن المورّد: يمكن للمهندسين تبديل منصات المراقبة أو قواعد البيانات التحليلية دون تعديل أدوات القياس في وحدات التحكم أو البرامج المضمنة الأساسية.
• تقليل استهلاك الموارد: يؤدي توحيد جمع المقاييس والسجلات والآثار في إطار واحد إلى تقليل الحمل على وحدة المعالجة المركزية والذاكرة في البوابات الطرفية الصناعية.
• مخطط بيانات موحّد: تزيل معايير القياس عن بُعد مفتوحة المصدر العزلة البرمجية بين شبكات التكنولوجيا التشغيلية (OT) وأنظمة تقنية المعلومات المؤسسية.
• تسريع التشخيص: تتيح آثار التنفيذ الموحّدة لمهندسي التحكم عزل اختناقات الشبكة وأعطال وحدات التحكم بسرعة أكبر.
• خفض التكلفة الإجمالية للملكية: يؤدي الاستغناء عن تراخيص برامج المراقبة المملوكة إلى خفض نفقات دورة حياة البرامج المستمرة بشكل كبير.

رؤى المؤلف حول دمج OpenTelemetry في أنظمة التحكم

من واقع خبرتي في الإشراف على ترقيات أنظمة التحكم الموزعة واسعة النطاق وشبكات التحكم في المصانع، عانى رصد أداء التطبيقات تاريخيًا من الارتهان لمورّدين يفرضون حلولًا مملوكة. وغالبًا ما يقيّد مورّدو الأتمتة التقليديون بيانات التشخيص ضمن منصات برمجية مغلقة. ويجبر هذا القيد فرق الهندسة على إدارة أدوات مراقبة مجزأة عبر منظومات مختلفة من وحدات PLC وأنظمة DCS.

يمثل اعتماد OpenTelemetry تحولًا جوهريًا نحو المراقبة الصناعية الموحدة. ويسمح توحيد جمع بيانات القياس عن بُعد لفرق عمليات المصنع بتغذية بيانات التشخيص مباشرةً إلى لوحات المعلومات المؤسسية المركزية. ويحسّن هذا النهج المفتوح تحليل السبب الجذري أثناء التوقفات غير المتوقعة لأنظمة التحكم، كما يوفّق معدات المصنع القديمة مع ممارسات المراقبة الأصلية للسحابة.

سيناريو تطبيق صناعي: تشخيص أعطال وحدة التحكم الطرفية

لنفترض وجود خط تجميع سيارات حديث يستخدم وحدات تحكم طرفية لإدارة حركة الروبوتات وتزامن السيور الناقلة. إذا تسبب تأخير متقطع في الاتصالات في إيقاف إحدى المحطات، فقد لا يسجل نظام التسجيل التقليدي سوى خطأ عام لانتهاء المهلة على وحدة PLC الرئيسية.

ومن خلال تطبيق OpenTelemetry عبر وحدات التحكم الطرفية والخدمات المصغرة للبوابة، يلتقط النظام أثرًا موزعًا لحدث العطل. ويكشف الأثر التشخيصي أن خدمة مساعدة لمعالجة الرؤية رفعت استهلاك وحدة المعالجة المركزية، مما أدى إلى تأخير دورة إرسال ناقل الحقل في الوقت الفعلي. ويمكن لفريق الهندسة تعديل أولويات العمليات بسرعة وحل المشكلة دون إيفاد مهندسي الموقع لاستكشاف الأخطاء يدويًا لفترة طويلة.