前言

在全球化的競爭下，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程需在效益和效率方面提升至更高水平。能耗必須可追蹤，設備維護必須更快捷，而且必須可以衡量和比較資產(chǎn)績(jì)效。借助高度自動(dòng)化、超級互聯(lián)化的機械和生產(chǎn)線(xiàn)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為實(shí)現這一切提供可能。因此，機械設備運營(yíng)商正持續提升對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注。為了充分利用其互聯(lián)的工廠(chǎng)，機械設備必須能夠連接至云端。而這需通過(guò)使用所謂的邊緣設備來(lái)實(shí)現。

邊緣設備構成了操作技術(shù)（OT）和信息技術(shù)（IT）之間的接口

有效利用數據

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案允許用戶(hù)從他們的機械設備中提取信息，這遠遠超出了簡(jiǎn)單的報警和事件通知?！爱斠粋€(gè)組件顯示出磨損跡象并將失效時(shí)，用戶(hù)會(huì )被告知，”貝加萊工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)經(jīng)理Ralf Pühler說(shuō)道?！澳壳?，由設備產(chǎn)生的數據中只有約百分之一得到了實(shí)際利用，”他強調說(shuō)。貝加萊旨在通過(guò)由硬件和軟件組成的模塊化解決方案來(lái)提高此百分比，從而滿(mǎn)足客戶(hù)要求。

mapp技術(shù)的模塊化軟件組件能夠收集、處理和顯示來(lái)自機械的數據。為了建立能源監控系統，自動(dòng)化工程師只需要將mapp Energy組件拖放入他們在A(yíng)utomation Studio中的項目即可。軟件組件可以自動(dòng)收集所有機器軸上的耗能數據，然后計算和顯示相應的參數?！俺薽appEnergy之外，還有很多其它組件，包括計算設備綜合效率的組件，”P(pán)ühler補充道。

存儲容量幾乎無(wú)限

以前，機器數據只有在覆蓋新數據之前才會(huì )被斷斷續續地保存?！叭绻覀兿胍M(jìn)一步分析和利用這些數據，就需要在某個(gè)地方存儲它們，”P(pán)ühler說(shuō)道。這可以是本地數據庫或基于云的數據中心。

然而，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數據只是告訴我們關(guān)于各個(gè)機器的情況還不夠?！拔疫€想要能夠在機器和生產(chǎn)線(xiàn)、甚至世界各地不同的生產(chǎn)基地之間進(jìn)行比較，”P(pán)ühler解釋道。原則上，這需要使用本地計算機對所需的數據量進(jìn)行分析和評估?！暗?，利用云端所提供的幾乎無(wú)限的處理和存儲能力往往更有意義，”這位工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家說(shuō)道。

許多機械設備運營(yíng)商收集數據，卻不對它們進(jìn)行分析。在沒(méi)有這樣做的時(shí)候，他們錯過(guò)了巨大的優(yōu)化潛力。

OT遇見(jiàn)IT

將匯總的數據發(fā)送到云端的硬件被稱(chēng)為邊緣設備。邊緣設備？“我們這么稱(chēng)呼是因為它們是通往云端的最后一個(gè)物理實(shí)體，”P(pán)ühler解釋道。這些設備構成了機械層的運營(yíng)技術(shù)（OT）和云端的IT解決方案之間的接口。OT包括可以實(shí)時(shí)監測和控制設備、過(guò)程和事件的硬件和軟件組件。

根據應用不同和數據量大小，在OT層收集的數據可以通過(guò)不同的方式轉移到云端?！斑@就是為什么我們提供三種類(lèi)型的邊緣設備以確保我們擁有適應每一種情況的解決方案的原因，”P(pán)ühler說(shuō)道。

三種邊緣設備

如果傳感器每小時(shí)收到一次信號，那么將數據直接發(fā)送至云端是有實(shí)際意義的。使用傳感器監測管道是否泄漏就是一個(gè)很好的例子?！跋襁@樣的情況不需要實(shí)時(shí)控制，所以無(wú)需本地控制邏輯?！贝送?，這對于維護團隊在幾天之內檢查管道而言足夠了。對于諸如此類(lèi)的簡(jiǎn)單應用來(lái)說(shuō)，貝加萊的總線(xiàn)控制器就可以滿(mǎn)足需要。這可以通過(guò)OPCUA以加密形式將未經(jīng)處理的I/O信號傳輸到云端?！拔覀兎Q(chēng)該選項為EdgeConnect，”P(pán)ühler說(shuō)道。

在涉及到更大數據量的情況下，首先將機器上的數據進(jìn)行匯總是值得做的。這有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，這降低了云服務(wù)的帶寬需求和成本；其次，它提供了一個(gè)足夠的緩沖區來(lái)防止在連接錯誤的情況下發(fā)生數據丟失?！霸谶@種情況下，可以使用我們的標準控制系統，”P(pán)ühler聲稱(chēng)道?！拔覀兎Q(chēng)其為EmbeddedEdge，而且它可以執行實(shí)時(shí)機器邏輯以及向云端傳輸數據?！?/p>

機器學(xué)習系統

為了監控整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，來(lái)自數百個(gè)I/O的數據必須在發(fā)送到云端之前進(jìn)行預處理。在這些情況下，標準控制器已經(jīng)不夠用了。Pühler對此也有一個(gè)解決方案?！斑@里，貝加萊AutomationPC可以與一個(gè)綜合的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺相結合，創(chuàng )建所謂的邊緣控制器（Edge Controller）?！钡靡嬗谄鋸姶蟮奶幚砟芰透叽鎯θ萘?，相比其它兩個(gè)邊緣選項，工業(yè)PC可以執行更先進(jìn)的預處理和分析。此外，它還可以計算復雜的算法，例如機器學(xué)習系統中使用的算法。

隨著(zhù)有各種各樣的邊緣架構可供選擇，很容易為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)裝備新建工廠(chǎng)?！斑吘売嬎悴⒉恢皇轻槍π略O備，”P(pán)ühler強調說(shuō)?！澳壳?，它還為相對孤立運行的傳統設備帶來(lái)了巨大益處?！睉{借OrangeBox，貝加萊還可以提供針對已有設備的解決方案。作為軟件和硬件組件的靈活組合，OrangeBox可以連接到現有機器，并且能夠無(wú)縫集成到邊緣架構中。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施有四個(gè)基本方面：用于采集數據的硬件，數據本身，用于分析數據的軟件，以及最終的連接，換言之，將所有其它方面聯(lián)系在一起的網(wǎng)絡(luò )。

用于強大連接的協(xié)議

使用支持大數據量傳輸的專(zhuān)用協(xié)議可以將數據從邊緣傳輸到云端。貝加萊可提供像MQTT（消息隊列遙測傳輸）和AMQP（高級消息隊列協(xié)議）這些常見(jiàn)的隊列協(xié)議，允許數據包進(jìn)行可靠傳輸，即使在網(wǎng)絡(luò )連接不良或間歇性不可用的情況下亦如此。它們是通過(guò)將隊列中的數據包保存在必要的位置稍后發(fā)送來(lái)做到的。

借助三種不同的邊緣架構，貝加萊可以為每種情況都提供一種解決方案。

其它協(xié)議包括OPC UA在內，都可以通過(guò)MQTT和AMQP傳輸?！癘PC UA擁有的優(yōu)點(diǎn)可以得到IT領(lǐng)域以及控制系統層中各類(lèi)硬件和軟件的充分理解，”P(pán)ühler解釋道。這確保能夠在機器層和云端之間建立強大的連接，且不依賴(lài)于所使用的硬件。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年6月刊