AWS IoT Core ve Node-RED ile Akıllı Saha Otomasyonu

AWS IoT Core ve Node-RED ile Akıllı Saha Otomasyonu. Endüstri 4.0 İçin Bulut Tabanlı Entegrasyon

GelecekBT olarak sunmakta olduğumuz AWS IoT Core ve Node RED temelli bulut çözümümüz ile saha otomasyon sistemlerinin tamamen bulut entegrasyonu ile yönetimi.

Endüstriyel süreçlerin dijitalleşmesi ve otomasyonu anlamına gelen Endüstri 4.0 kavramı, akıllı fabrikalar, IIoT (Endüstriyel Nesnelerin İnterneti), büyük veri analitiği, yapay zeka ve bulut bilişim gibi teknolojileri içerir. Amaç, daha verimli, esnek ve akıllı üretim sistemleri oluşturmaktır.

Endüstri 4.0 ve bulut teknolojileri birbirinden ayrı düşünülemez. Fabrika otomasyon sistemleri, akıllı tarım, akıllı şehir uygulamaları gibi birçok alanda, klasik olarak Edge Computing veya yerel sunucuların kullanımıyla verilerin işlenmesi ve saklanması mümkündür. Fakat bulutun sunduğu avantajlar göz ardı edilemez. Çünkü lokal sistemler sadece bulunduğu yerden kontrol edilebilir. Halbuki bizim istediğimiz, her zaman, her yerden üretim süreçlerini anlık olarak izleyebilmek ve optimize edebilmektir. İşte bu noktada bulut, gerçek zamanlı veri işleme ve olay yönetimi için gerekli altyapıyı sağlar. Bulut teknolojileri, saha ekipmanlarına uzaktan erişim ve kontrol imkanı sağlar. Bu da, bakım, izleme ve yönetim işlemlerinin mekandan bağımsız yapılmasına olanak tanır. 

Kısaca bulut teknolojilerinin sunduğu esneklik, ölçeklenebilirlik ve gelişmiş veri işleme kapasitesi, Endüstri 4.0'ın tam potansiyeline ulaşmasına yardımcı olur. Bu nedenle, ideal bir Endüstri 4.0 uygulaması, bulut teknolojileri ile yerel çözümleri dengeli bir şekilde kullanarak optimize edilebilir.

Markadan bağımsız olarak saha ekipmanlarını AWS veya Microsoft Azure gibi bir bulut ortamından izlemek ve yönetmek mümkündür. Saha ekipmanı üreticileri, cihazlarının endüstriyel standart iletişim protokollerini desteklemesini sağlar. Bu protokoller, cihazların markadan bağımsız olarak bulut ile entegrasyonunu kolaylaştırır. Örneğin MQTT. MQTT bir mesajlaşma protokolü olup, IIoT cihazlarının bulutla iletişim kurması için yaygın olarak kullanılır. GelecekBT olarak, komple bir platform şeklinde tasarlayıp sunduğumuz "Bulut entegrasyonu, görselleştirme ve yönetme" çözümümüzde MQTT protokolünden faydalanmaktayız.

GelecekBT olarak sunmakta olduğumuz AWS-bulut ve Node-RED temelli çözümümüzde Gateway ve Edge Cihazları büyük yer tutmaktadır. Bu cihazlarda çoğunlukla CLR Networks marka ürünleri tercih etmekle birlikte MQTT destekleyen tüm marka ve modelleri sistemimiz içinde kullanabilmekteyiz. Zaten markadan bağımsız bir çözüm sunmak temel ilkedir bu çözümümüzde.

Gateway ve edge cihazları, farklı markalardan gelen saha ekipmanlarının veri toplama ve buluta iletme işlevini görür. Bu cihazlar çeşitli protokolleri destekleyerek farklı türdeki cihazlardan veri toplayabilir. Veriyi işleyerek ve ön analiz yaparak buluta iletebilir. Yerel kararlar alabilir ve gerektiğinde bulutla senkronize olabilir.

Kısaca Sistemin Çalışma Mantığı

Sahadaki tüm veri alışverişini yürüten IO cihazları, fieldbus dönüştürücüler, Edge Computing ve gateway cihazları MQTT protokolü ile Amazon AWS IoT core bulut platformuna verileri gönderir Yani "Publish" eder. IoT core burada bir "Broker" işlevi görür. Node-RED ise "Subscriber" olarak AWS IoT Core'dan verileri çeker. Verilerin entegrasyonu ve görselleştirilmesi için güçlü bir araçtır. AWS IoT Core ile entegre çalışarak, sahadan gelen verileri işleyebilir ve kullanıcı arayüzleri oluşturabilir.

Ters yöndeki veri akışı için ise; Node-RED ve Gateway cihazları işlevsel rollerini değiştirirler. Yani Node-RED bir TOPIC'e Publish yapar, Gateway ise o TOPIC'e Subscriber olur.

Şimdi bu genellemeyi biraz daha açalım:

Subscriber, broker ve publisher işlevlerinde AWS IoT Core, Node-RED ve sahadaki gateway cihazlarının nasıl konumlandığını açıklayalım. Bu roller genellikle MQTT protokolü bağlamında tartışılır, ancak benzer prensipler diğer protokoller için de geçerlidir.

Temel Kavramlar

1. Publisher (Yayımlayıcı): Veriyi oluşturup, belirli bir konu (topic) üzerinde yayınlayan cihaz veya uygulama.
2. Subscriber (Abone): Belirli bir konuyu dinleyen ve bu konuya ait mesajları alan cihaz veya uygulama.
3. Broker (Aracı): Mesajların yayıncıdan alıcıya yönlendirilmesini sağlayan ara katman. MQTT bağlamında, broker mesajların yönetiminden sorumludur.

AWS IoT Core, Node-RED ve Gateway Cihazlarının Rollerini Anlamak

AWS IoT Core

• Broker: AWS IoT Core, MQTT broker işlevini yerine getirir. Tüm MQTT mesajları buradan geçer.
• Subscriber/Publisher: AWS IoT Core, aynı zamanda yayıncı ve abone işlevlerini de destekler. Diğer AWS hizmetleri ile entegrasyon sağlayarak verileri işler ve yönlendirir.

Node-RED

• Publisher: Node-RED, verileri işleyip AWS IoT Core'a gönderebilir, yani yayıncı rolünde olabilir.
• Subscriber: Node-RED, AWS IoT Core'dan veri alarak işleyebilir ve görselleştirebilir, yani abone rolünde olabilir.
• Broker: Node-RED kendi başına bir broker değildir ancak yerel bir MQTT broker ile çalışabilir (örneğin, Mosquitto).

Gateway Cihazları

• Publisher: Sahadaki sensörlerden veya diğer cihazlardan veri toplayarak bu verileri AWS IoT Core'a yayınlayabilir.
• Subscriber: AWS IoT Core'dan gelen komutları alarak sahadaki cihazlara iletebilir.
• Edge Processing: Veriyi yerel olarak işleyip, ön analiz yapabilir ve belirli kararları yerel olarak verebilir.

Uygulama Senaryosu

Adım 1: Gateway Cihazı (Publisher)

• Sahadaki sensörler ve cihazlar, verileri toplayıp gateway cihazına iletir.
• Gateway cihazı, bu verileri belirli konular (topics) üzerinde AWS IoT Core'a yayınlar (publish).

Adım 2: AWS IoT Core (Broker)

• AWS IoT Core, gelen tüm MQTT mesajlarını yönetir ve ilgili abonelere iletir.
• Güvenlik, kimlik doğrulama ve mesaj yönlendirme işlemleri burada gerçekleştirilir.

Adım 3: Node-RED (Subscriber ve Publisher)

• Node-RED, AWS IoT Core üzerinde belirli konulara abone olur (subscribe) ve gelen verileri alır.
• Alınan veriler Node-RED üzerinde işlenebilir, görselleştirilebilir veya başka sistemlere iletilebilir.
• Node-RED, işlenmiş verileri veya kontrol komutlarını AWS IoT Core'a geri gönderebilir (publish).

Örnek Akış

1. Veri Toplama ve Yayınlama:

   • Gateway cihazı, sahadaki sıcaklık sensöründen veri toplar.

   • Gateway cihazı, "factory/temperature" konusuna veri yayınlar.

2. Veri Yönlendirme:

   • AWS IoT Core, "factory/temperature" konusundaki mesajı alır ve bu konuya abone olan tüm cihazlara/uygulamalara iletir.

3. Veri Alma ve İşleme:

   • Node-RED, "factory/temperature" konusuna abonedir ve yeni veriyi alır.

   • Node-RED, sıcaklık verisini alır, işler ve kullanıcı arayüzünde gösterir.
   • Node-RED, sıcaklık belirli bir eşik değeri aştığında uyarı mesajını "factory/alerts" konusuna yayınlar.

4. Komut Gönderme:

   • Node-RED, AWS IoT Core'a belirli bir cihazın çalışmasını durdurmak için komut gönderir.

   • AWS IoT Core, bu komutu alır ve ilgili gateway cihazına iletir.
   • Gateway cihazı, komutu sahadaki cihazlara ileterek gerekli işlemi gerçekleştirir.

AWS IoT Core, Node-RED ve sahadaki gateway cihazları arasındaki bu işlevsel dağılım, esnek ve güçlü bir endüstriyel IoT çözümü oluşturur. AWS IoT Core, güvenli ve ölçeklenebilir bir mesaj yönlendirme altyapısı sağlarken, Node-RED esnek veri işleme ve görselleştirme araçları sunar. Gateway cihazları ise saha ekipmanları ile bulut arasında bir köprü görevi görerek yerel veri toplama ve işleme işlevlerini yerine getirir.

Sonuç

Endüstri 4.0, üretim süreçlerini dijitalleştirerek daha verimli, esnek ve akıllı hale getirir. AWS ve Node-RED, bu dönüşümde kritik roller oynar. AWS, güçlü bulut altyapısı ve hizmetleri ile büyük veri yönetimi ve analizini sağlar. Node-RED ise, veri entegrasyonu, görselleştirme ve otomasyon süreçlerini kolaylaştırır. Bu iki teknoloji birlikte kullanıldığında, Endüstri 4.0 projelerinde büyük bir sinerji yaratır, bu da akıllı şehirler, akıllı tarım, akıllı fabrikalar ve verimli üretim süreçleri için ideal bir çözüm sunar.