Tööstuslikud infovõrgud ja IT turvalisus

Andmete Kogumine

Küsimused ja Valikvastused:

1. Mis on andmete kogumise peamine eelis külmasüsteemide töö optimeerimisel?

• a) Andmete tihendamine
• b) Täpsete andmete abil energiasäästu ja kulude vähendamine
• c) Seadmete energiatarve
• d) Andmete krüpteerimine
• ANSWER: b) Täpsete andmete abil energiasäästu ja kulude vähendamine

2. Kuidas aitavad kogutud andmed hoolduse ja tõrkeotsinguga?

• a) Vähendades hooldusvajadust täielikult
• b) Tuues esile võimalikud probleemid ja võimaldades kiiret tõrkeotsingut
• c) Suurendades süsteemi energiatarvet
• d) Andmeid tihendades
• ANSWER: b) Tuues esile võimalikud probleemid ja võimaldades kiiret tõrkeotsingut

3. Miks on andmete kogumine vajalik regulatiivsete nõuete täitmiseks?

• a) Andmete tihendamiseks
• b) Kvaliteedi ja ohutuse tagamiseks
• c) Seadmete energiatarbe vähendamiseks
• d) Andmete krüpteerimiseks
• ANSWER: b) Kvaliteedi ja ohutuse tagamiseks

4. Kuidas võib temperatuuriandmete regulaarne kogumine aidata külmasüsteemide töö optimeerimisel?

• a) Suurendades seadmete energiatarvet
• b) Tuvastades ebatõhusad töötsüklid ja kohandades süsteemi toimimist
• c) Andmeid tihendades
• d) Suurendades temperatuuri kõikumist
• ANSWER: b) Tuvastades ebatõhusad töötsüklid ja kohandades süsteemi toimimist

5. Milline on üks oluline regulatiivne standard, mis nõuab külmasüsteemide toimivuse andmete säilitamist?

• a) ISO 9001
• b) HACCP
• c) IEEE 802.3
• d) PCI DSS
• ANSWER: b) HACCP

Andmeedastus

Küsimused ja Valikvastused:

1. Mis on andmeedastuse peamine eelis reaalajas jälgimisel ja kontrollil?

• a) Andmete krüpteerimine
• b) Andmete kiire ja täpne edastamine
• c) Andmete tihendamine
• d) Seadmete energiatarve
• ANSWER: b) Andmete kiire ja täpne edastamine

2. Mis on kaugjälgimise eelis külmasüsteemides?

• a) Vähendades hooldusvajadust täielikult
• b) Võimaldades süsteeme jälgida ja hallata eemalt, vähendades kohapealsete külastuste vajadust
• c) Suurendades süsteemi energiatarvet
• d) Andmeid tihendades
• ANSWER: b) Võimaldades süsteeme jälgida ja hallata eemalt, vähendades kohapealsete külastuste vajadust

3. Milline juhtmega ühendus tagab usaldusväärse ja kiire andmeedastuse?

• a) Wi-Fi
• b) Zigbee
• c) Ethernet
• d) LoRaWAN
• ANSWER: c) Ethernet

4. Milline juhtmevaba ühendus on sobilik pika vahemaaga andmeedastuseks?

• a) Wi-Fi
• b) Zigbee
• c) Ethernet
• d) LoRaWAN
• ANSWER: d) LoRaWAN

5. Mis on Modbus protokolli peamine kasutusala külmasüsteemides?

• a) Krüpteerimine
• b) Lihtne ja usaldusväärne andmevahetus
• c) Andmete tihendamine
• d) Energiasääst
• ANSWER: b) Lihtne ja usaldusväärne andmevahetus

IoT Integreerimine

Küsimused ja Valikvastused:

1. Mis on IoT peamine eelis andmete kogumisel ja analüüsil külmasüsteemides?

• a) Andmete tihendamine
• b) Võimalus koguda ja analüüsida andmeid suuremahuliste süsteemide kohta
• c) Seadmete energiatarve
• d) Andmete krüpteerimine
• ANSWER: b) Võimalus koguda ja analüüsida andmeid suuremahuliste süsteemide kohta

2. Kuidas aitab IoT ennustava hoolduse juures?

• a) Vähendades hooldusvajadust täielikult
• b) Võimaldades ennustada ja ennetada probleeme enne nende tekkimist
• c) Suurendades süsteemi energiatarvet
• d) Andmeid tihendades
• ANSWER: b) Võimaldades ennustada ja ennetada probleeme enne nende tekkimist

3. Milline IoT platvorm võimaldab hallata tuhandeid IoT-seadmeid ja koguda andmeid?

• a) Excel
• b) AWS IoT
• c) Power BI
• d) LoRaWAN
• ANSWER: b) AWS IoT

4. Milleks kasutatakse IoT-sensoreid külmasüsteemides?

• a) Andmete krüpteerimiseks
• b) Koguda reaalajas andmeid temperatuuri, rõhu, niiskuse ja energiatarbimise kohta
• c) Andmete tihendamiseks
• d) Seadmete energiatarbeks
• ANSWER: b) Koguda reaalajas andmeid temperatuuri, rõhu, niiskuse ja energiatarbimise kohta

5. Mis on andmeanalüütika tööriistade peamine eelis külmasüsteemide jälgimisel?

• a) Andmete tihendamine
• b) Loovad visuaalseid armatuurlaudu andmete analüüsimiseks ja visualiseerimiseks
• c) Seadmete energiatarve
• d) Andmete krüpteerimine
• ANSWER: b) Loovad visuaalseid armatuurlaudu andmete analüüsimiseks ja visualiseerimiseks

Ülesanded teemal “Andmete kogumine külmatehnikas”

1. Ülesanne: Temperatuuriandurite paigaldamine ja andmete kogumine

Ülesande kirjeldus:

Selles ülesandes peate paigaldama temperatuuriandurid külmasüsteemi ja seadistama andmete kogumise süsteemi, kasutades Siemensi S7-1200 PLC. Eesmärk on koguda täpseid temperatuuriandmeid, et tagada süsteemi efektiivne toimimine ja energia säästmine. Lisaks peate läbi viima andmete analüüsi ja koostama raporti süsteemi toimivuse kohta.

Sammud:

1. Andurite valik ja paigaldus

Valik:

• Valige sobivad temperatuuriandurid, mis vastavad külmasüsteemi nõuetele. Levinud valikud on:
• PT100: See on plaatinatakistuse põhine andur, mille eeliseks on kõrge täpsus ja lai mõõtepiirkond (-200 °C kuni +850 °C).
• Termistorid: Need on pooljuhtandurid, mille tundlikkus on kõrge, kuid tööpiirkond kitsam (-40 °C kuni +150 °C).

Paigaldus:

• Paigaldage andurid külmaaine voolutee kriitilistesse punktidesse, nagu aurusti ja kondensaatori juures, et jälgida külmasüsteemi efektiivsust ja vältida ülekütmist või külmumist.
• Järgige Siemens Temperature Sensors Guide’i, et paigaldus vastaks standarditele ja tagaks täpsed mõõtmised.

Tabel 1: Andurite valik ja paigaldus

2. Andmekogumissüsteemi seadistamine

Ühendamine PLC-ga:

• Ühendage temperatuuriandurid Siemensi S7-1200 PLC-ga, kasutades sobivat sisendmoodulit, mis toetab analoogandmete kogumist.
• Kasutage näiteks Siemens SM 1231 RTD moodulit, kui ühendate PT100 andureid, või Siemens SM 1234 analoogmoodulit termistorite jaoks.

PLC seadistamine:

• Programmeerige PLC nii, et see loeks anduri sisendeid ja salvestaks temperatuuriandmed perioodiliste intervallide järel. Valige näiteks 5-sekundiline intervall, et saada pidevat temperatuuri jälgimist.
• Järgige Siemens S7-1200 Programming Manual’i, et konfigureerida analoogsisendid ja salvestada andmed vajaliku täpsusega.

Tabel 2: PLC seadistamine ja andmete kogumine

3. Andmete salvestamine ja analüüs

Andmete salvestamine:

• Konfigureerige andmed salvestuma logidesse või ühendage PLC andmebaasiga (nt MySQL või CSV logifailid).
• Tagage, et andmed salvestuvad täpselt ja järjepidevalt, mis võimaldab hilisemat analüüsi.

Testimine ja andmete kontroll:

• Testige andmekogumissüsteemi veendumaks, et andurid töötavad ootuspäraselt. Kontrollige, et mõõdetud väärtused jäävad vastavasse temperatuuri vahemikku.
• Võrrelge andmeid ootuspäraste väärtustega ja analüüsige, kas temperatuur kõigub vastavalt külmaaine tsüklile.

Tabel 3: Esialgsete andmete analüüs

Järeldused esialgsetest andmetest:

• Andurid töötavad korralikult ja näitavad stabiilset temperatuuri.
• Aurusti temperatuur on stabiliseerunud ja kondensaatori temperatuur kõigub vastavalt külmasüsteemi tsüklile.
• Andmete kogumise süsteem on töökindel ning võimaldab järjepidevat monitooringut.

4. Raport ja järeldused

Koostage raport, mis sisaldab järgmisi punkte:

• Andurite paigaldus: Üksikasjalik ülevaade, kuidas ja kuhu temperatuuriandurid paigaldati.
• PLC seadistamine: Kirjeldus, kuidas PLC loeb ja salvestab andmeid anduritelt, sealhulgas kasutatud ajaintervall ja sisendmoodulid.
• Andmete analüüs: Esialgsed tulemused andmete kogumisest ja nende seos süsteemi tööga. Kas süsteem töötab ootuspäraselt ja kas temperatuurid vastavad nõuetele?
• Soovitused ja parendused: Kui vajalik, tehke soovitusi süsteemi optimeerimiseks.

Soovitatavad andurid:

PT100 andur on parim valik, kui vajate kõrget täpsust ja laia töötemperatuuri vahemikku. Sobib eriti hästi tööstuskeskkondadesse, kus on vaja pikaajalist stabiilsust ja täpsust.

• Spetsifikatsioonid:
• Töötemperatuur: -200 °C kuni +850 °C
• Täpsus: ±0,15 °C

NTC termistor on hea valik, kui on vaja väiksemat töötemperatuuri vahemikku ja kõrget tundlikkust väiksemate temperatuurimuutuste suhtes.

• Spetsifikatsioonid:
• Töötemperatuur: -40 °C kuni +150 °C
• Täpsus: ±0,2 °C

Järeldus:

Selle ülesande käigus paigaldatakse temperatuuriandurid, seadistatakse PLC andmete kogumiseks ning testitakse süsteemi toimivust. Lõplik analüüs näitab, kas süsteem töötab tõhusalt ja annab soovitusi võimalike parenduste kohta.

2. Ülesanne: Andmete kogumine ja analüüs SCADA süsteemi abil

Keerukusaste: Keskmine

Ülesande kirjeldus:

Selles ülesandes peate integreerima SCADA süsteemi (näiteks Siemens WinCC) külmasüsteemile, et koguda ja visualiseerida reaalajas temperatuuri- ja rõhuandmeid. Samuti on eesmärk seadistada SCADA süsteemil automaatsed teavitused ja alarmid, kui andmed ületavad määratud piirmäärasid.

Sammud:

1. SCADA süsteemi seadistamine

Paigaldamine ja konfigureerimine:

• Paigaldage ja konfigureerige Siemens WinCC SCADA süsteem. WinCC võimaldab andmete kogumist, töötlemist ja visualiseerimist graafilises kasutajaliideses.
• Järgige Siemens WinCC Configuration Manual’i juhiseid SCADA süsteemi seadistamiseks, et tagada külmasüsteemi andurite andmete reaalajas jälgimine.

Graafilise kasutajaliidese loomine:

• Looge graafiline kasutajaliides (GUI), mis kuvab reaalajas temperatuuri- ja rõhuanduritelt saadud andmeid. Kasutage näiteks diagramme, graafikuid ja numbrinäitajaid, et lihtsustada andmete jälgimist.
• Konfigureerige kasutajaliides nii, et see oleks operatiivne ja mugav kasutada.

Tabel 1: SCADA süsteemi seadistamise põhielemendid

2. Andurite ühendamine ja andmete edastamine

Ühendamine ja seadistamine:

• Ühendage temperatuuri- ja rõhuandurid külmasüsteemist SCADA süsteemiga, kasutades Etherneti või muud andmeedastusühendust.
• Kasutage andmeedastusprotokolle, nagu Modbus või BACnet, et võimaldada andmete sujuv liikumine anduritelt SCADA süsteemi.

Modbus seadistamine:

• Järgige Modbus Integration Guide’i, et seadistada Modbus-protokoll andurite ja SCADA süsteemi vahel. Veenduge, et andmete saatmine ja vastuvõtmine toimub korrektsete reguleerimisväärtuste piires.

Tabel 2: Andurite ühendamine ja protokollide seadistamine

3. Andmete kogumine ja analüüs

Andmete salvestamine ja analüüs tööriistadega:

• Konfigureerige SCADA süsteem koguma ja salvestama andmeid, mis pärinevad temperatuuri- ja rõhuanduritelt. Andmete kogumisintervalliks võiks määrata näiteks 5 sekundit, et tagada piisavalt sagedane andmete uuendamine.
• Kasutage SCADA süsteemis andmete ajalugu ja trende kuvavaid tööriistu, et võimaldada põhjalikumat analüüsi ja võrdlust.
• Looge visuaalsed tööriistad, nagu graafikud ja trendiliinid, et jälgida temperatuuri ja rõhu muutusi reaalajas ja ajalooliselt.

Tabel 3: Andmete kogumine ja analüüs

4. Alarmid ja hoiatuste seadistamine

Alarmide seadistamine:

• Seadistage SCADA süsteemi automaatsed alarmid, mis teavitavad operaatoreid, kui andmed ületavad määratud piirmäärasid. Näiteks, kui temperatuur või rõhk muutub liiga kõrgeks või madalaks, peab süsteem saatma teavituse ja kuvama hoiatus.
• Järgige SCADA Alarm Configuration Guide’i, et seadistada õiged piirmäärad ja teavitussüsteemid.

Alarmid võivad olla järgmistele väärtustele:

• Temperatuur: Alarm, kui temperatuur tõuseb üle +50 °C või langeb alla -10 °C.
• Rõhk: Alarm, kui rõhk tõuseb üle 10 baari või langeb alla 2 baari.

Tabel 4: Alarmide seadistamine

5. Raport ja järeldused

Raport:

• Koostage raport, mis sisaldab järgmisi elemente:
• SCADA süsteemi seadistus: Ülevaade seadistusprotsessist ja kasutatud tööriistadest.
• Andmete kogumine: Esialgsed tulemused temperatuuri- ja rõhuandmete kogumisest. Selgitage, kas andurid töötavad ootuspäraselt ja kas andmeid kogutakse järjepidevalt.
• Alarmid ja automaatne teavitamine: Kuidas süsteem teavitab operaatoreid, kui andmed ületavad määratud piirmäärasid.

Esialgsed tulemused ja järeldused:

• SCADA süsteem on edukalt seadistatud ja integreeritud külmasüsteemiga.
• Andmeid kogutakse ja visualiseeritakse reaalajas, võimaldades operatiivset jälgimist.
• Alarmid töötavad vastavalt määratud piirmääradele, ja operaatoreid teavitatakse probleemidest koheselt.

Soovitatavad andurid:

Siemens QFA3160 Rõhuandur – Sobib külmasüsteemide rõhu mõõtmiseks ja töötab usaldusväärselt SCADA süsteemiga.

• Spetsifikatsioonid:
• Rõhuvahemik: 0 kuni 25 bar
• Täpsus: ±0,2 bar

Siemens QAM2171.040 Temperatuuriandur – Usaldusväärne temperatuuriandur, mis ühildub SCADA süsteemidega.

• Spetsifikatsioonid:
• Temperatuuri vahemik: -50 °C kuni +150 °C
• Täpsus: ±0,5 °C

Järeldus:

Selle ülesande käigus seadistatakse ja integreeritakse SCADA süsteem, mille abil saab külmasüsteemi andureid jälgida ja koguda reaalajas temperatuuri- ja rõhuandmeid. Lisaks seadistatakse alarmid, mis aitavad operaatoreid hoiatada kriitiliste olukordade puhul. Analüüs ja raport võimaldavad süsteemi töövõime ja efektiivsuse hindamist.

3. Ülesanne: IoT-põhine andmekogumissüsteem külmasüsteemide jaoks

Keerukusaste: Ekspert

Ülesande kirjeldus:

Selles ülesandes tuleb kavandada ja rakendada IoT-põhine andmekogumissüsteem, mis kogub, töötleb ja analüüsib andmeid külmasüsteemi komponentidest. Kasutades IoT platvormi (nt AWS IoT või Azure IoT), tuleb luua süsteem, mis suudab koguda reaalajas andmeid kaugemalt paiknevatest süsteemidest ja integreerida need ennustava hoolduse algoritmidega, et parandada süsteemi efektiivsust ja töökindlust.

Sammud:

1. IoT platvormi valik ja seadistamine

IoT platvormi valik:

• Valige sobiv IoT platvorm vastavalt projekti vajadustele. Levinumad valikud on AWS IoT ja Azure IoT. AWS IoT pakub laia tööriistakomplekti andmete kogumiseks, töötlemiseks ja visualiseerimiseks, samuti tugevat turvalisuse haldust.

IoT platvormi seadistamine:

• Paigaldage ja seadistage valitud platvorm (nt AWS IoT), järgides selle seadistusjuhiseid.
• Looge turvaline ühendus IoT seadmete ja IoT platvormi vahel, kasutades TLS/SSL protokolli, mis tagab andmete krüpteeritud ja turvalise edastamise.
• Looge IoT platvormile asjade registri kirjed (thing registry entries) iga külmasüsteemi komponendi jaoks, mida soovite jälgida (nt kompressor, aurusti, kondensaator).

Tabel 1: IoT platvormi seadistamise põhietapid

2. IoT andurite ja seadmete integreerimine

Andurite valik ja integreerimine:

• Integreerige IoT temperatuuri-, rõhu- ja niiskusandurid külmasüsteemi erinevatesse punktidesse. Iga andur peab olema paigaldatud kriitilistesse kohtadesse, näiteks aurusti, kompressori ja kondensaatori juurde.
• Looge ühendus andurite ja IoT platvormi vahel, kasutades Etherneti, Wi-Fi või LoRa (pika vahemaa raadioside) protokolle. IoT andurid võivad kasutada tavalisi sideprotokolle nagu Modbus või MQTT, mis on optimeeritud andmete edastamiseks IoT seadmetest pilveplatvormidele.

Andmete edastusintervallide seadistamine:

• Seadistage andurite edastusintervallid (nt 10 sekundit) ja määrake andmekogumisparameetrid, mis sobivad külmasüsteemi jälgimise vajadustega. Edastusintervall määrab, kui tihti andurid saadavad andmeid IoT platvormile.

Tabel 2: IoT andurite integreerimine ja seadistus

3. Andmeanalüütika ja visualiseerimine

Andmete kogumine ja analüüs:

• Seadistage IoT platvormil andmeanalüütika tööriistad, mis võimaldavad andmete reaalajas kogumist ja analüüsi. Kasutage tööriistu nagu AWS IoT Analytics, et jälgida süsteemi käitumist ja tuvastada trendid, anomaaliad või rikkeohud.

Visualiseerimise armatuurlaua loomine:

• Looge armatuurlauad (dashboards) andmete visualiseerimiseks. Armatuurlauad peaksid kuvama temperatuurid, rõhud ja niiskustasemed reaalajas. Lisaks võivad need kuvada ajaloolisi andmeid, graafikuid ja hoiatusi.
• Visualiseerimise vahendina võite kasutada AWS IoT SiteWise või Azure IoT Central, mis on spetsiaalselt disainitud tööstuslike andmete visualiseerimiseks.

Tabel 3: Andmete kogumine ja visualiseerimine

4. Ennustav hooldus

Ennustava hoolduse algoritmide rakendamine:

• Rakendage ennustava hoolduse algoritme, mis suudavad analüüsida kogutud IoT andmeid ja tuvastada märke, mis võivad viidata lähenevatele riketele või ebanormaalsetele töötingimustele. Kasutage AWS IoT Predictive Maintenance tööriistu, et seadistada süsteemi põhjalik analüüs ja potentsiaalsete rikete ennustamine.

Järeldused ja hoiatused:

• Ennustavad hooldusalgoritmid võimaldavad süsteemil teavitada operaatoreid juba enne rikke tekkimist, aidates vähendada seisakuid ja suurendada süsteemi töökindlust. Alarmide süsteem võimaldab hoiatada reaalajas anomaaliate tuvastamisel.

Tabel 4: Ennustava hoolduse seadistamine

5. Testimine ja valideerimine

Süsteemi testimine ja valideerimine:

• Testige IoT süsteemi toimimist, veendudes, et kõik andurid edastavad andmeid korrektselt IoT platvormile. Kontrollige, et kogutud andmed oleksid täpsed ja järjepidevad.
• Testige ka ennustava hoolduse süsteemi, veendudes, et see suudab täpselt tuvastada potentsiaalsed rikkeohud ja teavitada operaatoreid õigel ajal. Analüüsige, kuidas süsteem reageerib ebanormaalsetele töötingimustele ja kas alarmid aktiveeruvad vastavalt määratud piirmääradele.

Tabel 5: Testimise ja valideerimise protsess

6. Raport

Raport:

• Koostage raport, mis sisaldab järgmisi punkte:
• IoT platvormi seadistus: Ülevaade platvormi ja andurite seadistusest.
• Andmete kogumine ja analüüs: Esialgsed andmete kogumise ja analüüsi tulemused, trendid ja potentsiaalsed anomaaliad.
• Ennustav hooldus: Ennustava hoolduse tulemused ja süsteemi võimekus tuvastada rikkeohud.
• Soovitused: Soovitused süsteemi edasisteks täiustusteks ja optimeerimiseks.

Oodatavad tulemused ja järeldused:

• IoT-põhine andmekogumissüsteem on edukalt integreeritud ja töötab ootuspäraselt.
• Süsteem võimaldab reaalajas andmete kogumist ja visualiseerimist, samuti ennustava hoolduse rakendamist.
• Süsteemi testimine on edukalt läbitud ja see on valmis kasutamiseks.

Soovitatavad andurid

IoT süsteemi jaoks:

1. Bosch BMP388 Barometric Pressure Sensor – Sobib täpseks rõhumõõtmiseks ja ühildub IoT süsteemidega.

• Spetsifikatsioonid:
  • Rõhuvahemik: 300 kuni 1250 hPa
  • Täpsus: ±0.5 hPa

1. DHT22 Temperature and Humidity Sensor – Sobib temperatuuri ja niiskuse mõõtmiseks IoT rakendustes.

• Spetsifikatsioonid:
  • Temperatuurivahemik: -40 °C kuni +80 °C
  • Niiskuse mõõtepiirkond: 0% kuni 100%

Järeldus:

Selle ülesande käigus kavandati ja rakendati IoT-põhine andmekogumissüsteem, mis suudab reaalajas koguda ja analüüsida külmasüsteemi temperatuuri-, rõhu- ja niiskuseandmeid. Lisaks loodi ennustava hoolduse lahendus, mis suudab hoiatada enne võimalike rikete tekkimist. Süsteem on testitud ja valmis kasutamiseks.

Need ülesanded võimaldavad põhjalikult katsetada ja õppida andmete kogumise, edastamise ja analüüsi protsesse külmatehnikas, kasutades kaasaegseid tehnoloogiaid ning meetodeid. Viidatud juhendid ja materjalid toetavad ülesannete täitmist ning annavad õpilastele vajalikud teadmised ja oskused tööstuslikus kontekstis töötamiseks.