Trong hệ thống IIoT, dữ liệu từ PLC, máy móc và cảm biến có thể sử dụng nhiều giao thức khác nhau trước khi được đưa đến SCADA, MES, Cloud hoặc IIoT Platform. IoT Gateway đóng vai trò kết nối giữa lớp thiết bị và các hệ thống phía trên, giúp dữ liệu được thu thập và truyền đến đúng nơi.
Nếu cần tìm hiểu tổng quan về khái niệm và chức năng của Gateway, có thể xem thêm bài: IoT Gateway là gì? Chức năng, cách hoạt động & cách chọn.
Mục lục
1. IoT Gateway Architecture trong nhà máy
1.1 IoT Gateway Architecture Diagram
Một kiến trúc Gateway in IoT trong nhà máy thường gồm bốn lớp chính:
Thiết bị hiện trường → IoT Gateway → Network → SCADA / MES / Cloud / IIoT Platform
| Lớp | Thành phần | Vai trò |
|---|---|---|
| Field / OT | Sensor, PLC, Machine, HMI | Tạo dữ liệu vận hành |
| Gateway | IoT Gateway | Thu thập và kết nối dữ liệu |
| Network | Ethernet, Wi-Fi, 4G/5G | Truyền dữ liệu |
| Application | SCADA, MES, Cloud, IIoT Platform | Giám sát, lưu trữ và phân tích |
Ở phía thiết bị, Gateway có thể kết nối với nhiều PLC và thiết bị công nghiệp sử dụng các protocol khác nhau. Ở phía trên, dữ liệu được truyền đến hệ thống cần khai thác.
Ví dụ, Ewon Flexy 205 hỗ trợ các giao thức như Modbus RTU/TCP, OPC UA, EtherNet/IP và nhiều giao thức PLC; dữ liệu có thể được xuất qua MQTT, OPC UA, HTTPS, SNMP hoặc Modbus.
Từ đó, việc thiết kế IoT gateway architecture cần xem xét đồng thời thiết bị nguồn, protocol kết nối và hệ thống đích.
1.2 IoT Gateway nằm ở đâu trong luồng dữ liệu?
Gateway không nhất thiết phải xử lý toàn bộ dữ liệu của nhà máy. Vai trò của nó phụ thuộc vào kiến trúc được lựa chọn: thu thập dữ liệu từ PLC, chuyển đổi protocol, truyền dữ liệu đến hệ thống trung tâm hoặc kết hợp nhiều nhiệm vụ tại Edge.
Với hệ thống có nhiều PLC từ các nhà sản xuất khác nhau, lớp Gateway còn có thể giúp chuẩn hóa dữ liệu trước khi đưa lên SCADA, MES hoặc Cloud.
Tham khảo thêm bài viết: Red Lion FlexEdge: Quy trình chuẩn hóa dữ liệu OT từ Multi-Vendor PLC về một Tag Database duy nhất, trong đó FlexEdge được sử dụng để kết nối dữ liệu từ nhiều PLC về một Tag Database.
2. IoT Gateway Protocols và phương thức kết nối
Gateway IoT protocols thường được lựa chọn dựa trên hai phía của Gateway: protocol mà thiết bị hiện trường đang sử dụng và phương thức mà hệ thống phía trên yêu cầu.
| Kết nối | Protocol tiêu biểu |
|---|---|
| Thiết bị → Gateway | Modbus RTU/TCP, EtherNet/IP, OPC UA |
| Gateway → Hệ thống | OPC UA, Modbus, HTTPS |
| Gateway → Cloud / IIoT | MQTT, HTTPS |
Không phải mọi IoT Gateway đều hỗ trợ cùng một danh sách protocol. Vì vậy, cần kiểm tra khả năng tương thích giữa thiết bị, Gateway và hệ thống đích khi thiết kế kiến trúc.
2.1 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là giao thức messaging sử dụng mô hình publish/subscribe, phù hợp để truyền dữ liệu từ Gateway đến các nền tảng IoT.
Gateway có thể đóng vai trò MQTT client, gửi dữ liệu đến broker theo từng topic, trong khi các ứng dụng sẽ subscribe để nhận dữ liệu cần thiết.
Mô tả MQTT của HMS Networks cũng minh họa cách Ewon Flexy sử dụng MQTT để truyền dữ liệu từ thiết bị đến IoT Platform.
3. Ứng dụng IoT Gateway Architecture trong thực tế
3.1 Kết nối PLC với hệ thống giám sát qua MQTT
Trong một ứng dụng thực tế, Ewon Flexy 205 được sử dụng để lấy dữ liệu từ PLC của máy và truyền đến data server thông qua MQTT. Dữ liệu này phục vụ theo dõi hiệu suất thiết bị và các chỉ số như Quality, Availability và Performance.
3.2 Đưa dữ liệu từ máy lên IIoT Cloud
Ewon Flexy 205 cũng có thể được sử dụng như một data gateway để thu thập dữ liệu từ hệ thống điều khiển và truyền qua MQTT đến nền tảng IIoT Cloud. Với RAXTAR, dữ liệu được sử dụng cho việc theo dõi hiệu suất và hỗ trợ predictive maintenance.
4. Câu hỏi thường gặp về IoT Gateway Architecture
IoT Gateway Architecture gồm những thành phần nào?
Một kiến trúc cơ bản gồm thiết bị hiện trường, IoT Gateway, lớp network và hệ thống ứng dụng như SCADA, MES, Cloud hoặc IIoT Platform.
IoT Gateway có bắt buộc sử dụng MQTT không?
Không. MQTT chỉ là một trong nhiều iot gateway protocols. Tùy hệ thống, Gateway có thể sử dụng Modbus, OPC UA, HTTPS hoặc các protocol khác.
IoT Gateway có thể kết nối thiết bị cũ không?
Có thể, nếu Gateway hỗ trợ đúng giao thức và giao diện của thiết bị. Đây là một hướng triển khai phổ biến khi doanh nghiệp muốn đưa dữ liệu từ hệ thống hiện hữu vào kiến trúc IIoT.
Kết luận
IoT Gateway architecture trong nhà máy tập trung vào cách kết nối giữa thiết bị hiện trường, Gateway và các hệ thống khai thác dữ liệu.
Khi xây dựng gateway in IoT, doanh nghiệp cần xác định rõ thiết bị đang sử dụng protocol nào, Gateway cần xử lý dữ liệu ra sao và hệ thống đích yêu cầu phương thức kết nối nào.
Từ đó, các IoT Gateways có thể được lựa chọn phù hợp cho từng bài toán, từ thu thập dữ liệu PLC đến kết nối Cloud và các nền tảng IIoT.
