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前言

在全球化的競(jìng)爭(zhēng)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(shè)備維護(hù)必須更快捷，而且必須可以衡量和比較資產(chǎn)績(jī)效。借助高度自動(dòng)化、超級(jí)互聯(lián)化的機(jī)械和生產(chǎn)線，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為實(shí)現(xiàn)這一切提供可能。因此，機(jī)械設(shè)備運(yùn)營(yíng)商正持續(xù)提升對(duì)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，機(jī)械設(shè)備必須能夠連接至云端。而這需通過(guò)使用所謂的邊緣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。

邊緣設(shè)備構(gòu)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(shù)據(jù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案允許用戶從他們的機(jī)械設(shè)備中提取信息，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單的報(bào)警和事件通知。“當(dāng)一個(gè)組件顯示出磨損跡象并將失效時(shí)，用戶會(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。“目前，由設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中只有約百分之一得到了實(shí)際利用，”他強(qiáng)調(diào)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，從而滿足客戶要求。

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(jī)械的數(shù)據(jù)。為了建立能源監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)化工程師只需要將mapp Energy組件拖放入他們?cè)贏utomation Studio中的項(xiàng)目即可。軟件組件可以自動(dòng)收集所有機(jī)器軸上的耗能數(shù)據(jù)，然后計(jì)算和顯示相應(yīng)的參數(shù)。“除了mappEnergy之外，還有很多其它組件，包括計(jì)算設(shè)備綜合效率的組件，”Pühler補(bǔ)充道。

存儲(chǔ)容量幾乎無(wú)限

以前，機(jī)器數(shù)據(jù)只有在覆蓋新數(shù)據(jù)之前才會(huì)被斷斷續(xù)續(xù)地保存。“如果我們想要進(jìn)一步分析和利用這些數(shù)據(jù)，就需要在某個(gè)地方存儲(chǔ)它們，”Pühler說(shuō)道。這可以是本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或基于云的數(shù)據(jù)中心。

然而，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)只是告訴我們關(guān)于各個(gè)機(jī)器的情況還不夠。“我還想要能夠在機(jī)器和生產(chǎn)線、甚至世界各地不同的生產(chǎn)基地之間進(jìn)行比較，”Pühler解釋道。原則上，這需要使用本地計(jì)算機(jī)對(duì)所需的數(shù)據(jù)量進(jìn)行分析和評(píng)估。“但是，利用云端所提供的幾乎無(wú)限的處理和存儲(chǔ)能力往往更有意義，”這位工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專家說(shuō)道。

許多機(jī)械設(shè)備運(yùn)營(yíng)商收集數(shù)據(jù)，卻不對(duì)它們進(jìn)行分析。在沒(méi)有這樣做的時(shí)候，他們錯(cuò)過(guò)了巨大的優(yōu)化潛力。

OT遇見(jiàn)IT

將匯總的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端的硬件被稱為邊緣設(shè)備。邊緣設(shè)備？“我們這么稱呼是因?yàn)樗鼈兪峭ㄍ贫说淖詈笠粋€(gè)物理實(shí)體，”Pühler解釋道。這些設(shè)備構(gòu)成了機(jī)械層的運(yùn)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(jiān)測(cè)和控制設(shè)備、過(guò)程和事件的硬件和軟件組件。

根據(jù)應(yīng)用不同和數(shù)據(jù)量大小，在OT層收集的數(shù)據(jù)可以通過(guò)不同的方式轉(zhuǎn)移到云端。“這就是為什么我們提供三種類型的邊緣設(shè)備以確保我們擁有適應(yīng)每一種情況的解決方案的原因，”Pühler說(shuō)道。

三種邊緣設(shè)備

如果傳感器每小時(shí)收到一次信號(hào)，那么將數(shù)據(jù)直接發(fā)送至云端是有實(shí)際意義的。使用傳感器監(jiān)測(cè)管道是否泄漏就是一個(gè)很好的例子。“像這樣的情況不需要實(shí)時(shí)控制，所以無(wú)需本地控制邏輯。”此外，這對(duì)于維護(hù)團(tuán)隊(duì)在幾天之內(nèi)檢查管道而言足夠了。對(duì)于諸如此類的簡(jiǎn)單應(yīng)用來(lái)說(shuō)，貝加萊的總線控制器就可以滿足需要。這可以通過(guò)OPCUA以加密形式將未經(jīng)處理的I/O信號(hào)傳輸?shù)皆贫恕！拔覀兎Q該選項(xiàng)為EdgeConnect，”Pühler說(shuō)道。

在涉及到更大數(shù)據(jù)量的情況下，首先將機(jī)器上的數(shù)據(jù)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(qū)來(lái)防止在連接錯(cuò)誤的情況下發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。“在這種情況下，可以使用我們的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，”Pühler聲稱道。“我們稱其為EmbeddedEdge，而且它可以執(zhí)行實(shí)時(shí)機(jī)器邏輯以及向云端傳輸數(shù)據(jù)。”

機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)

為了監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)線，來(lái)自數(shù)百個(gè)I/O的數(shù)據(jù)必須在發(fā)送到云端之前進(jìn)行預(yù)處理。在這些情況下，標(biāo)準(zhǔn)控制器已經(jīng)不夠用了。Pühler對(duì)此也有一個(gè)解決方案。“這里，貝加萊AutomationPC可以與一個(gè)綜合的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相結(jié)合，創(chuàng)建所謂的邊緣控制器（Edge Controller）。”得益于其強(qiáng)大的處理能力和高存儲(chǔ)容量，相比其它兩個(gè)邊緣選項(xiàng)，工業(yè)PC可以執(zhí)行更先進(jìn)的預(yù)處理和分析。此外，它還可以計(jì)算復(fù)雜的算法，例如機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)中使用的算法。

隨著有各種各樣的邊緣架構(gòu)可供選擇，很容易為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)裝備新建工廠。“邊緣計(jì)算并不只是針對(duì)新設(shè)備，”Pühler強(qiáng)調(diào)說(shuō)。“目前，它還為相對(duì)孤立運(yùn)行的傳統(tǒng)設(shè)備帶來(lái)了巨大益處。”憑借OrangeBox，貝加萊還可以提供針對(duì)已有設(shè)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(xiàn)有機(jī)器，并且能夠無(wú)縫集成到邊緣架構(gòu)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(shù)據(jù)的硬件，數(shù)據(jù)本身，用于分析數(shù)據(jù)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(qiáng)大連接的協(xié)議

使用支持大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膶Ｓ脜f(xié)議可以將數(shù)據(jù)從邊緣傳輸?shù)皆贫恕Ｘ惣尤R可提供像MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）和AMQP（高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議）這些常見(jiàn)的隊(duì)列協(xié)議，允許數(shù)據(jù)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(duì)列中的數(shù)據(jù)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(gòu)，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(nèi)，都可以通過(guò)MQTT和AMQP傳輸。“OPC UA擁有的優(yōu)點(diǎn)可以得到IT領(lǐng)域以及控制系統(tǒng)層中各類硬件和軟件的充分理解，”Pühler解釋道。這確保能夠在機(jī)器層和云端之間建立強(qiáng)大的連接，且不依賴于所使用的硬件。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年6月刊