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前言

在全球化的競爭下，工業生產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，設備維護必須更快捷，而且必須可以衡量和比較資產績效。借助高度自動化、超級互聯化的機械和生產線，工業物聯網為實現這一切提供可能。因此，機械設備運營商正持續提升對工業物聯網的關注。為了充分利用其互聯的工廠，機械設備必須能夠連接至云端。而這需通過使用所謂的邊緣設備來實現。

邊緣設備構成了操作技術（OT）和信息技術（IT）之間的接口

有效利用數據

工業物聯網解決方案允許用戶從他們的機械設備中提取信息，這遠遠超出了簡單的報警和事件通知。“當一個組件顯示出磨損跡象并將失效時，用戶會被告知，”貝加萊工業物聯網生產經理Ralf Pühler說道。“目前，由設備產生的數據中只有約百分之一得到了實際利用，”他強調說。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技術的模塊化軟件組件能夠收集、處理和顯示來自機械的數據。為了建立能源監控系統，自動化工程師只需要將mapp Energy組件拖放入他們在Automation Studio中的項目即可。軟件組件可以自動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。“除了mappEnergy之外，還有很多其它組件，包括計算設備綜合效率的組件，”Pühler補充道。

存儲容量幾乎無限

以前，機器數據只有在覆蓋新數據之前才會被斷斷續續地保存。“如果我們想要進一步分析和利用這些數據，就需要在某個地方存儲它們，”Pühler說道。這可以是本地數據庫或基于云的數據中心。

然而，在工業物聯網時代，數據只是告訴我們關于各個機器的情況還不夠。“我還想要能夠在機器和生產線、甚至世界各地不同的生產基地之間進行比較，”Pühler解釋道。原則上，這需要使用本地計算機對所需的數據量進行分析和評估。“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，”這位工業物聯網專家說道。

許多機械設備運營商收集數據，卻不對它們進行分析。在沒有這樣做的時候，他們錯過了巨大的優化潛力。

OT遇見IT

將匯總的數據發送到云端的硬件被稱為邊緣設備。邊緣設備？“我們這么稱呼是因為它們是通往云端的最后一個物理實體，”Pühler解釋道。這些設備構成了機械層的運營技術（OT）和云端的IT解決方案之間的接口。OT包括可以實時監測和控制設備、過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不同的方式轉移到云端。“這就是為什么我們提供三種類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，”Pühler說道。

三種邊緣設備

如果傳感器每小時收到一次信號，那么將數據直接發送至云端是有實際意義的。使用傳感器監測管道是否泄漏就是一個很好的例子。“像這樣的情況不需要實時控制，所以無需本地控制邏輯。”此外，這對于維護團隊在幾天之內檢查管道而言足夠了。對于諸如此類的簡單應用來說，貝加萊的總線控制器就可以滿足需要。這可以通過OPCUA以加密形式將未經處理的I/O信號傳輸到云端。“我們稱該選項為EdgeConnect，”Pühler說道。

在涉及到更大數據量的情況下，首先將機器上的數據進行匯總是值得做的。這有兩個優點：首先，這降低了云服務的帶寬需求和成本；其次，它提供了一個足夠的緩沖區來防止在連接錯誤的情況下發生數據丟失。“在這種情況下，可以使用我們的標準控制系統，”Pühler聲稱道。“我們稱其為EmbeddedEdge，而且它可以執行實時機器邏輯以及向云端傳輸數據。”

機器學習系統

為了監控整個生產線，來自數百個I/O的數據必須在發送到云端之前進行預處理。在這些情況下，標準控制器已經不夠用了。Pühler對此也有一個解決方案。“這里，貝加萊AutomationPC可以與一個綜合的工業物聯網平臺相結合，創建所謂的邊緣控制器（Edge Controller）。”得益于其強大的處理能力和高存儲容量，相比其它兩個邊緣選項，工業PC可以執行更先進的預處理和分析。此外，它還可以計算復雜的算法，例如機器學習系統中使用的算法。

隨著有各種各樣的邊緣架構可供選擇，很容易為工業物聯網裝備新建工廠。“邊緣計算并不只是針對新設備，”Pühler強調說。“目前，它還為相對孤立運行的傳統設備帶來了巨大益處。”憑借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，并且能夠無縫集成到邊緣架構中。

工業物聯網實施有四個基本方面：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，將所有其它方面聯系在一起的網絡。

用于強大連接的協議

使用支持大數據量傳輸的專用協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（高級消息隊列協議）這些常見的隊列協議，允許數據包進行可靠傳輸，即使在網絡連接不良或間歇性不可用的情況下亦如此。它們是通過將隊列中的數據包保存在必要的位置稍后發送來做到的。

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。

其它協議包括OPC UA在內，都可以通過MQTT和AMQP傳輸。“OPC UA擁有的優點可以得到IT領域以及控制系統層中各類硬件和軟件的充分理解，”Pühler解釋道。這確保能夠在機器層和云端之間建立強大的連接，且不依賴于所使用的硬件。

摘自《自動化博覽》2019年6月刊