上海?業(yè)?動(dòng)化儀表研究院，PLCopen中國組織彭瑜

OT和IT融合的趨勢是推動(dòng)開(kāi)放?動(dòng)化發(fā)展的重要因素。傳統的?業(yè)控制系統的專(zhuān)?性和封閉性導致了數據?法?由流動(dòng)，開(kāi)放?動(dòng)化的體系架構從根本上摒棄了這些弊端，為促進(jìn)OT和IT的融合開(kāi)辟了成功的路徑。近些年來(lái)，?業(yè)互聯(lián)?和?業(yè)物聯(lián)?迅速發(fā)展，開(kāi)放?動(dòng)化的?向依然受到特別的關(guān)注。OT和IT的加速融合對未來(lái)?動(dòng)化架構的影響將是巨?的。越來(lái)越多的關(guān)鍵功能正在變成基于軟件，?硬件正在變得更加標準化和更加商品化（或者叫做開(kāi)放硬件），虛擬化正在加固硬件中的軟件。?業(yè)邊緣計算正在整合經(jīng)典的?動(dòng)化系統，成為邊緣?動(dòng)化平臺，這將使這些應?隨著(zhù)OT和IT在邊緣的融合?變得更具有IT的特性。邊緣?動(dòng)化平臺創(chuàng )建了傳統?動(dòng)化系統通常缺乏的IT環(huán)境，這促使?業(yè)邊緣計算成為邊緣計算應?中最具發(fā)展潛?和經(jīng)濟效益的?個(gè)領(lǐng)域，也是?對的應?場(chǎng)景最多、技術(shù)最綜合最復雜、對標準化需求最迫切的領(lǐng)域，因此吸引了許多傳統的?業(yè)?動(dòng)化企業(yè)和IT企業(yè)的重視和推動(dòng)。

1　傳統?動(dòng)化系統增強?業(yè)邊緣計算能?的?案和實(shí)踐

當前?業(yè)邊緣控制器問(wèn)世多年，將?業(yè)級OT控制與IT型計算結合在?個(gè)緊湊的結構中，?以在邊緣位置?存發(fā)展。其強有?的實(shí)現建?在使?硬件虛擬化來(lái)確?？刂破鞯拇_定性運?，?且獨?于邊緣計算的各種功能。其結果是在硬件和軟件級別提供OT和IT環(huán)境的嚴格隔離。因此，采??業(yè)邊緣控制器與通常的PLC/PAC組合設計為?動(dòng)化系統，不僅可以獲得邊緣計算的各種功能，?且也完全繼承了原有的確定性控制邏輯。如果?業(yè)邊緣控制器的確定性部分運?與PLC/PAC相同的內核，并使?相同的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，系統的運?將更加順暢。在這種情況下，僅將邊緣控制器用于大幅提升IT計算能力，并與PLC/PAC連接，甚至可以不使用一行控制邏輯程序。這是?種實(shí)?的?法：邊緣控制器可以安裝在???間的任何地?，就像PLC/PAC?樣，?個(gè)邊緣控制器可以與多個(gè)PLC/PAC以及與傳感器或其他儀表聯(lián)?，成為與?業(yè)互聯(lián)?連接的?關(guān)，同時(shí)承擔集中信息和處理信息的?具。?戶(hù)配置邊緣控制器來(lái)收集數據，提供可視化托管，并根據需要對數據進(jìn)?預處理（如過(guò)濾、平均，甚?執?本地分析），并將信息轉發(fā)給更?級別的系統。?戶(hù)可以按照??的節奏添加和擴展這種?業(yè)物聯(lián)?的功能，?不會(huì )影響任何底層?動(dòng)化系統。盡管邊緣控制器的單獨控制和計算能?很重要，但通過(guò)將它們組合在?起?持和擴張應?，?戶(hù)可以獲得最?的優(yōu)勢。如圖1所示，確定性的“內環(huán)”直接訪(fǎng)問(wèn)現場(chǎng)數據并控制設備，邊緣計算的“外環(huán)”結合了確定性數據和來(lái)?外部來(lái)源或分析的實(shí)時(shí)信息，為“內環(huán)”提供操作參數和調整建議，以實(shí)現最佳效率。在這?，邊緣控制器通過(guò)針對檢測、預處理、分析決策和動(dòng)作的功能實(shí)施優(yōu)化的集成編程，實(shí)現了?縫地結合OT和IT的運?操作。

圖1 在邊緣控制器內可?縫地結合OT和IT的運?操作

與傳統的PLC和PAC相?，邊緣控制器的性能呈指數級增?，因此添加更多語(yǔ)?和應?是順理成章的。這并不意味著(zhù)最終?戶(hù)需要放棄他們的體驗，或者?即接受所有新增的功能。相反，精?設計的邊緣控制器仍然與現有的PLC和PAC?態(tài)系統?度兼容，因此?戶(hù)可以繼續建?他們的OT知識庫。當他們準備將應?擴展到IT領(lǐng)域時(shí)，相同的邊緣控制器提供了?個(gè)通?的計算平臺，有效地為他們的應?程序提供了未來(lái)的保障。

使?邊緣控制器作為增強PLC/PAC的?案其價(jià)值在于，邊緣控制器本?就具備運?可視化、數據連接、分析應?等功能，當?戶(hù)準備利?這些功能時(shí)不需要額外添加硬件，也不需要進(jìn)?切換或物理綁定，甚至不需要中斷?動(dòng)化應?的執?。原有的?動(dòng)化控制系統依然在發(fā)揮作?，還可以靈活地使?邊緣功能擴展其應?，將原有系統與?業(yè)互聯(lián)?/?業(yè)物聯(lián)?連接，形成了云-邊-端的架構。

?前國內已有?些?業(yè)?動(dòng)化企業(yè)研發(fā)并開(kāi)始批量?產(chǎn)制造系列化的?業(yè)邊緣計算產(chǎn)品，并圍繞?業(yè)邊緣計算和控制推出了邊緣智能可編程控制器、邊緣智能I/O、邊緣智能?作站、邊緣服務(wù)器和邊緣智能軟件平臺，為云-邊-端架構下的智能制造提供了成套解決?案，包括數字化矩陣式?作島群、邊緣計算數據中?、智能倉儲和物流調度、邊緣計算分析等功能，并已經(jīng)應?于多種?業(yè)的邊緣智能系統。上述產(chǎn)品基本上是針對新建項?和新建?產(chǎn)線(xiàn)的。對于?量現有的?業(yè)?產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)裝備了的傳統控制系統，上述通過(guò)?業(yè)邊緣計算控制器創(chuàng )建?個(gè)能與?業(yè)互聯(lián)?融合聯(lián)通和協(xié)同的路徑，是?種具有實(shí)?價(jià)值的創(chuàng )新。另外選??持原有?系統的?業(yè)邊緣?關(guān)也是可以考慮的?案。?業(yè)邊緣?關(guān)通常是加固的?業(yè)計算機，具備連接到PLC、驅動(dòng)器和其他邊緣設備的通信功能，通過(guò)運?適當的中間件軟件，便可以理清信息的來(lái)?去脈和情境化（contextualization），并將其映射到數據企業(yè)軟件和數據庫。

2　關(guān)于?業(yè)邊緣計算的編程語(yǔ)?討論

?業(yè)邊緣計算設備的終極功能是感知和控制物理過(guò)程，運?本地程序，并與?業(yè)控制器、??運營(yíng)系統、企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統和云應?程序通信。其主要價(jià)值是就近在實(shí)際?產(chǎn)的地點(diǎn)捕獲實(shí)時(shí)數據，執?包括數據分析等在內的應?程序，以極低的延遲實(shí)現快速響應時(shí)間，以低成本通信的?式傳遞?量制造基礎信息。顯然，這個(gè)??在分布式制造架構中起著(zhù)IT/OT融合作?，為此加強和推進(jìn)?業(yè)邊緣計算的設施和能??先要從?業(yè)邊緣計算的編程語(yǔ)?考慮。這就是說(shuō)對于?業(yè)邊緣控制器系統來(lái)講，其編程語(yǔ)?和?具需要：

（1）確定性控制引擎必須?持IEC61131-3標準和C語(yǔ)?，這是穩定運?的基本保證。

（2）編程語(yǔ)?和?具靈活多樣，可以根據要求不同?變化，也就是不恪守單?的編程語(yǔ)?，?采?具有多樣化的編程標準，以及?戶(hù)定義的數據類(lèi)型。

（3）同樣，功能塊也可以采?多樣化的編程語(yǔ)?標準，并可由?戶(hù)定義。

（4）能夠運?開(kāi)源應?程序，如圖形化編程?具Node-RED和數據可視化?具Grafana，以及商業(yè)和定制應?程序。

（5）可使?C/C++、Python和其他適?于機器學(xué)習和??智能等應?程序的現代語(yǔ)?編程。

?業(yè)邊緣控制器系統應該?持?向對象的通信協(xié)議（如OPCUA），以實(shí)現在確定性控制程序和分析/決策應?程序之間?縫傳輸數據；?持以OT為中?的通信協(xié)議，即IEC1158所規范的通信協(xié)議，諸如Modbus、Profibus和Profinet等；?持以IT為中?的通信協(xié)議，如MQTT和HTTPS。

此外，邊緣控制器的通?計算部分采?基于Linux操作系統，便于邊緣控制器可以運?各種各樣的?實(shí)時(shí)計算和分析的?戶(hù)程序，還可以獨?于確定性控制部分啟動(dòng)和升級。Linux是輕量級的?性能OS，與其它操作系統平臺相?需要更少的CPU和RAM的資源。?戶(hù)還可以利?預裝的?業(yè)邊緣平臺軟件加速數字化轉型項?所需的應?。

圖2是艾默?邊緣控制器ControlLogic的軟件框圖。

圖2 艾默?邊緣控制器ControlLogic的軟件框圖

總之，具有這些特性的真正邊緣控制器是當今實(shí)現傳統確定性控制，并利?現在和未來(lái)邊緣計算發(fā)展的最佳選擇。

作者簡(jiǎn)介：

彭　瑜（1938-），男，湖南長(cháng)沙人，教授級高級工程師，上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院教授級高工、顧問(wèn)，PLCopen中國組織名譽(yù)主席。迄今為止，已經(jīng)為中國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展服務(wù)了50多年，涉及流程工業(yè)、離散制造業(yè)等領(lǐng)域的檢測、控制、生產(chǎn)制造、執行管理等多個(gè)方面。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年第二期暨《邊緣計算2024專(zhuān)輯》