Yleistä

SSOT-järjestelmän keskeisiä toimintoja ovat valvonta, ohjaus ja tiedonkeruu. Teollisuusautomaatiossa ovat valvonta ja tiedonkeruu toiminnot ISA-95:n tasolla 2, SCADA (supervisory control and data acquisition) järjestelmässä.

SSOT-SCADA on toiminnoiltaan hyvin lähellä ISA-95 mallin SCADA toimintoja. Mutta siinä on myös merkittäviä eroja mm. toteutuksen arkkitehtuurissa.

SSOT-SCADA ohjelmiston arkkitehtuuri

Tiedon kerääminen ja ohjaus pohjautuu SSOT-SCADA ohjelmistossa UNS (Unified Namespace) arkkitehtuurirakenteeseen, joka pystyy hyödyntämään tapahtumapohjaista tiedonkäsittelyä ja yhdistämään eri tietorakenteita.

Tärkeä näkökulma UNS arkkitehtuurissa on SSOT (Single Source Of Truth). UNS tarkoittaa automaation näkökulmasta tapaa tai mahdollisuutta hakea järjestelmän (organisaation) kaikki tiedot samasta paikasta reaaliaikaisesti. Erona eurooppalaiseen Data Spaces -konseptiin (esim. Gaia-X-hanke) on keskittyminen yhteen organisaatioon, eikä kaiken tiedon yhteensovittamiseen.

Yhtenäisen nimiavaruuden (UNS) mukaiselle toteutuksella on neljä tunnusomaista piirrettä: (lainaus opinnäytetyöni sivuilta 30-31)

• Reunakeskeisyys: Tieto jalostetaan mahdollisimman lähellä kohdetta. Esimerkiksi älykkäiden antureiden usvalaskenta ja yhdyskäytävien reunalaskenta.
• Muutoksista raportointi: Tieto välitetään eteenpäin vain oleellisen muutoksen tapahduttua. Esim. jos 10 % tiedoista muuttuu sekunnin aikana, muodostuu kymmenkertainen verkkoliikenne ilman lisäarvoa, mikäli kaikki tiedot raportoidaan sekunneittain.
• Keveys: Tiedonsiirto tulee olla toteutettavissa pienillä laitteistovaatimuksilla, mikä mahdollistaa reunakeskisyyden sekä skaalautuvuuden laajoihin toteutuksiin.
• Avoimuus: Digitalisaation toteutus ei ole mahdollista suljetuilla järjestelmillä.

UNS nähdään tämän hetken potentiaalisimpana arkkitehtuurisuuntauksena teolliseen dataan liittyen, mutta jostain syystä ”MQTT, Sparkplug, UNS” kokonaisuus ei ole kiinnostanut tutkijoita. Google Scholar antaa vain muutaman osuman, joista ensimmäisenä on opinnäytetyöni.

SSOT-SCADA ohjelmisto toteutus

SSOT-SCADA ohjelmiston rakenne on hyvin yksinkertainen. MQTT/Sparkplug viestit, jotka tulevat osoitteella spBv1/743-123456 ohjataan UNS-tiedoksi. Kaikki tieto, joka liittyy tilaan 743-123456 on saatavilla samasta paikasta. Tieto tallennetaan myös InfluxDB -aikasarjatietokantaan, minne säätökaivojen, sääasemien ja pohjavesiputkien tietojen muutokset tallentuvat pysyvästi. Tiedot eivät tallennu UNS tietorakenteeseen, vaan järjestelmän tuorein tieto on vain saatavilla SSOT (single source of truth) periaatteiden mukaisesti

UNS -arkkitehtuurirakenteen merkittävä etu on järjestelmän muutoksien vaivattomuus. Säätösalaojakaivon tai pohjavesiputken lisääminen ei aiheuta SSOT-SCADA muutoksia. MQTT/Sparkplug viesti SSOT-EDGE ohjelmistolta tallentuu UNS tietorakenteeseen ja päivittyy kartalle (SSK) automaattisesti.

UNS periaatteen mukaisesti vain muutoksista raportoidaan, tietoja ei haeta automaatiolaitteilta määrävälein uudelleen esimerkiksi kartan päivittämiseksi. SSOT-SCADA päivittää käyttöliittymän tiedot 10 sekunnin välein hakemalla tarvittavat tiedot UNS tietorakenteesta ja muodostamalla niistä Node-RED sanomat. Viestit muodostetaan rekursiivisesti REUNA ja LAITE solmuilla. Node-RED ei salli solmun kytkemistä itseensä, joten jouduin lisäämään REUNA ja LAITE solmujen kytkennälle ylimääräisen liitospisteen, minkä välityksellä solmut voivat lähettää viestin itselleen.