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前言

在全球化的競爭下，工業(yè)生產(chǎn)過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)績效。借助高度自動化、超級互聯(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)營商正持續(xù)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，機(jī)械設(shè)備必須能夠連接至云端。而這需通過使用所謂的邊緣設(shè)備來實(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)，用戶會被告知，”貝加萊工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)經(jīng)理Ralf Pühler說道。“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。貝加萊旨在通過由硬件和軟件組成的模塊化解決方案來提高此百分比，從而滿足客戶要求。

mapp技術(shù)的模塊化軟件組件能夠收集、處理和顯示來自機(jī)械的數(shù)據(jù)。為了建立能源監(jiān)控系統(tǒng)，自動化工程師只需要將mapp Energy組件拖放入他們在Automation Studio中的項(xiàng)目即可。軟件組件可以自動收集所有機(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。

存儲容量幾乎無限

以前，機(jī)器數(shù)據(jù)只有在覆蓋新數(shù)據(jù)之前才會被斷斷續(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)地方存儲它們，”Pühler說道。這可以是本地?cái)?shù)據(jù)庫或基于云的數(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)對所需的數(shù)據(jù)量進(jìn)行分析和評估。“但是，利用云端所提供的幾乎無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)專家說道。

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

OT遇見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)測和控制設(shè)備、過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說道。

三種邊緣設(shè)備

如果傳感器每小時(shí)收到一次信號，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，所以無需本地控制邏輯。”此外，這對于維護(hù)團(tuán)隊(duì)在幾天之內(nèi)檢查管道而言足夠了。對于諸如此類的簡單應(yīng)用來說，貝加萊的總線控制器就可以滿足需要。這可以通過OPCUA以加密形式將未經(jīng)處理的I/O信號傳輸?shù)皆贫恕！拔覀兎Q該選項(xiàng)為EdgeConnect，”Pühler說道。

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)算并不只是針對新設(shè)備，”Pühler強(qiáng)調(diào)說。“目前，它還為相對孤立運(yùn)行的傳統(tǒng)設(shè)備帶來了巨大益處。”憑借OrangeBox，貝加萊還可以提供針對已有設(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)列遙測傳輸）和AMQP（高級消息隊(duì)列協(xié)議）這些常見的隊(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《自動化博覽》2019年6月刊