سیستم‌های کنترل صنعتی به‌سرعت به‌سوی معماری‌های بومیِ ابری و یکپارچه‌سازی‌های IIoT در حال تکامل هستند. کارخانه‌های تولیدی مدرن، کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC)، سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) و گره‌های رایانش لبه‌ایِ متصل به شبکه را به‌کار می‌گیرند که به‌طور پیوسته داده تولید می‌کنند. ثبت و ارزیابی داده‌های عملیاتی از این دارایی‌های توزیع‌شده، به روش‌های استاندارد پایش نیاز دارد. OpenTelemetry چارچوبی متن‌باز است که برای یکپارچه‌سازی معیارهای سیستم، گزارش‌های فعالیت و ردگیری‌های اجرا در سراسر زیرساخت‌های اتوماسیون صنعتی و فناوری اطلاعات طراحی شده است.

نقش داده‌های تله‌متری در زیرساخت مدرن اتوماسیون

پلتفرم‌های پیچیده اتوماسیون صنعتی، برای حفظ یکپارچگی فرایند، حجم زیادی از سیگنال‌های عملیاتی را پردازش می‌کنند. مهندسان باید چرخه‌های اجرای کنترلر، سلامت شبکه فیلدباس و بار کاری سرورها را به‌صورت بلادرنگ ارزیابی کنند. تله‌متری سیستم از سه نوع اصلی داده تشکیل می‌شود: معیارها، گزارش‌ها و ردگیری‌ها.

معیارها مقادیر کمیِ پیوسته‌ای مانند بار CPU یا زمان اجرای چرخه فیلدباس را ارائه می‌دهند. گزارش‌ها، سوابق زمان‌دارِ رویدادهای مشخص سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری را ایجاد می‌کنند. ردگیری‌ها، درخواست‌های اجرا را هنگام عبور از ریزخدمات توزیع‌شده شبکه دنبال می‌کنند. ترکیب این سه جریان داده، دید کاملی از شبکه‌های کنترل کف کارخانه و پلتفرم‌های ابری نظارتی فراهم می‌کند.

معماری و جریان داده در چارچوب OpenTelemetry

OpenTelemetry از طریق یک خط لوله ماژولار عمل می‌کند که داده‌های تشخیصی سیستم را دریافت، پردازش و صادر می‌کند. لایه کاربرد برای ثبت رویدادهای سطح پایین نرم‌افزار از APIها و کیت‌های توسعه نرم‌افزار (SDKها)ی استاندارد استفاده می‌کند.

خط لوله داده به‌صورت متوالی از مراحل عملیاتیِ مشخص زیر عبور می‌کند:

1. گره‌های کاربردی و کنترلی: دستگاه‌های تعبیه‌شده و نرم‌افزارهای صنعتی، هنگام اجرا معیارها، گزارش‌ها و رویدادهای ردگیری خام را تولید می‌کنند.
2. APIها و SDKها: رابط‌های استاندارد این رویدادها را بدون نیاز به نقاط اتصال اختصاصی و انحصاری ثبت می‌کنند.
3. دریافت داده در Collectorِ OpenTelemetry: دریافت‌کننده‌های اختصاصی، جریان‌های داده ورودی را به‌طور هم‌زمان از چندین گره کنترلی دریافت می‌کنند.
4. پردازش و غنی‌سازی Collector: ماژول‌های پردازش داخلی، نویز را حذف می‌کنند، سوابق را دسته‌ای می‌سازند و فراداده‌های زمینه‌ای را به تله‌متری جمع‌آوری‌شده می‌افزایند.
5. انتقال از طریق صادرکننده: صادرکننده‌های استاندارد، داده‌های غنی‌شده را قالب‌بندی کرده و مستقیماً به مقصدهای مشخصِ پایش‌پذیری و تحلیل منتقل می‌کنند.

این موتور استاندارد دریافت داده، نیاز به اجرای چندین عامل انحصاری روی سخت‌افزارهای کنترلی را از بین می‌برد.

مزایای عملیاتی کلیدی پیاده‌سازی OpenTelemetry

• استقلال از فروشنده: مهندسان می‌توانند مقصدهای پایش یا پایگاه‌های داده تحلیلی را بدون تغییر در ابزار دقیق‌سازی کنترلرها یا نرم‌افزارهای تعبیه‌شده زیربنایی تغییر دهند.
• کاهش مصرف منابع: یکپارچه‌سازی جمع‌آوری معیارها، گزارش‌ها و ردگیری‌ها در یک چارچوب واحد، سربار CPU و حافظه را در دروازه‌های لبه‌ای صنعتی کاهش می‌دهد.
• طرح‌واره استاندارد داده: استانداردهای متن‌باز تله‌متری، جداسازی‌های نرم‌افزاری میان شبکه‌های فناوری عملیاتی (OT) و سیستم‌های فناوری اطلاعات سازمانی را از بین می‌برند.
• تشخیص سریع‌تر: ردگیری‌های یکپارچه اجرا به مهندسان کنترل اجازه می‌دهند گلوگاه‌های شبکه و خطاهای کنترلر را سریع‌تر شناسایی کنند.
• کاهش هزینه کل مالکیت: حذف مجوزهای نرم‌افزارهای انحصاری پایش، هزینه‌های مستمر چرخه عمر نرم‌افزار را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

دیدگاه نویسنده درباره یکپارچه‌سازی OpenTelemetry در سیستم‌های کنترل

بر اساس تجربه من در نظارت بر به‌روزرسانی‌های گسترده DCS و شبکه‌های کنترل کارخانه، پایش عملکرد کاربردها در گذشته همواره از قفل‌شدن به فروشنده‌های انحصاری آسیب دیده است. فروشندگان سنتی اتوماسیون اغلب داده‌های تشخیصی را به پلتفرم‌های نرم‌افزاری بسته محدود می‌کنند. این محدودیت تیم‌های مهندسی را مجبور می‌کند ابزارهای پایش پراکنده‌ای را در اکوسیستم‌های مختلف PLC و DCS مدیریت کنند.

پذیرش OpenTelemetry نشان‌دهنده تغییری اساسی به‌سوی پایش‌پذیری یکپارچه صنعتی است. استانداردسازی جمع‌آوری تله‌متری به تیم‌های عملیات کارخانه اجازه می‌دهد داده‌های تشخیصی را مستقیماً به داشبوردهای متمرکز سازمانی ارسال کنند. این رویکرد باز، تحلیل علت ریشه‌ای را هنگام توقف‌های غیرمنتظره سیستم کنترل بهبود می‌دهد و تجهیزات قدیمی کارخانه را با روش‌های پایش بومیِ ابری همسو می‌کند.

سناریوی کاربرد صنعتی: تشخیص خطای کنترلر لبه‌ای

یک خط مونتاژ مدرن خودرو را در نظر بگیرید که برای مدیریت حرکت ربات‌ها و همگام‌سازی نوار نقاله‌ها از کنترلرهای لبه‌ای استفاده می‌کند. اگر یک تأخیر مقطعی در ارتباطات باعث توقف ایستگاه شود، ثبت گزارش سنتی ممکن است فقط یک خطای عمومیِ پایان مهلت را در PLC اصلی ثبت کند.

با پیاده‌سازی OpenTelemetry در کنترلرهای لبه‌ای و ریزخدمات دروازه، سیستم یک ردگیری توزیع‌شده از رویداد خرابی ثبت می‌کند. ردگیری تشخیصی نشان می‌دهد که یک سرویس جانبی پردازش بینایی، مصرف CPU را ناگهان افزایش داده و در نتیجه چرخه انتقال بلادرنگ فیلدباس به تأخیر افتاده است. تیم مهندسی می‌تواند به‌سرعت اولویت‌های فرایند را تنظیم کرده و مشکل را بدون اعزام مهندسان سایت برای عیب‌یابی دستیِ طولانی‌مدت برطرف کند.