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上海?業?動化儀表研究院，PLCopen中國組織彭瑜

OT和IT融合的趨勢是推動開放?動化發展的重要因素。傳統的?業控制系統的專?性和封閉性導致了數據?法?由流動，開放?動化的體系架構從根本上摒棄了這些弊端，為促進OT和IT的融合開辟了成功的路徑。近些年來，?業互聯?和?業物聯?迅速發展，開放?動化的?向依然受到特別的關注。OT和IT的加速融合對未來?動化架構的影響將是巨?的。越來越多的關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（或者叫做開放硬件），虛擬化正在加固硬件中的軟件。?業邊緣計算正在整合經典的?動化系統，成為邊緣?動化平臺，這將使這些應?隨著OT和IT在邊緣的融合?變得更具有IT的特性。邊緣?動化平臺創建了傳統?動化系統通常缺乏的IT環境，這促使?業邊緣計算成為邊緣計算應?中最具發展潛?和經濟效益的?個領域，也是?對的應?場景最多、技術最綜合最復雜、對標準化需求最迫切的領域，因此吸引了許多傳統的?業?動化企業和IT企業的重視和推動。

1　傳統?動化系統增強?業邊緣計算能?的?案和實踐

當前?業邊緣控制器問世多年，將?業級OT控制與IT型計算結合在?個緊湊的結構中，?以在邊緣位置?存發展。其強有?的實現建?在使?硬件虛擬化來確保控制器的確定性運?，?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環境的嚴格隔離。因此，采??業邊緣控制器與通常的PLC/PAC組合設計為?動化系統，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?相同的集成開發環境，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?的?法：邊緣控制器可以安裝在???間的任何地?，就像PLC/PAC?樣，?個邊緣控制器可以與多個PLC/PAC以及與傳感器或其他儀表聯?，成為與?業互聯?連接的?關，同時承擔集中信息和處理信息的?具。?戶配置邊緣控制器來收集數據，提供可視化托管，并根據需要對數據進?預處理（如過濾、平均，甚?執?本地分析），并將信息轉發給更?級別的系統。?戶可以按照??的節奏添加和擴展這種?業物聯?的功能，?不會影響任何底層?動化系統。盡管邊緣控制器的單獨控制和計算能?很重要，但通過將它們組合在?起?持和擴張應?，?戶可以獲得最?的優勢。如圖1所示，確定性的“內環”直接訪問現場數據并控制設備，邊緣計算的“外環”結合了確定性數據和來?外部來源或分析的實時信息，為“內環”提供操作參數和調整建議，以實現最佳效率。在這?，邊緣控制器通過針對檢測、預處理、分析決策和動作的功能實施優化的集成編程，實現了?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?和應?是順理成章的。這并不意味著最終?戶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?態系統?度兼容，因此?戶可以繼續建?他們的OT知識庫。當他們準備將應?擴展到IT領域時，相同的邊緣控制器提供了?個通?的計算平臺，有效地為他們的應?程序提供了未來的保障。

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

?前國內已有?些?業?動化企業研發并開始批量?產制造系列化的?業邊緣計算產品，并圍繞?業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，并已經應?于多種?業的邊緣智能系統。上述產品基本上是針對新建項?和新建?產線的。對于?量現有的?業?產企業已經裝備了的傳統控制系統，上述通過?業邊緣計算控制器創建?個能與?業互聯?融合聯通和協同的路徑，是?種具有實?價值的創新。另外選??持原有?系統的?業邊緣?關也是可以考慮的?案。?業邊緣?關通常是加固的?業計算機，具備連接到PLC、驅動器和其他邊緣設備的通信功能，通過運?適當的中間件軟件，便可以理清信息的來?去脈和情境化（contextualization），并將其映射到數據企業軟件和數據庫。

2　關于?業邊緣計算的編程語?討論

?業邊緣計算設備的終極功能是感知和控制物理過程，運?本地程序，并與?業控制器、??運營系統、企業業務管理系統和云應?程序通信。其主要價值是就近在實際?產的地點捕獲實時數據，執?包括數據分析等在內的應?程序，以極低的延遲實現快速響應時間，以低成本通信的?式傳遞?量制造基礎信息。顯然，這個??在分布式制造架構中起著IT/OT融合作?，為此加強和推進?業邊緣計算的設施和能??先要從?業邊緣計算的編程語?考慮。這就是說對于?業邊緣控制器系統來講，其編程語?和?具需要：

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

（2）編程語?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?，?采?具有多樣化的編程標準，以及?戶定義的數據類型。

（3）同樣，功能塊也可以采?多樣化的編程語?標準，并可由?戶定義。

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

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

?業邊緣控制器系統應該?持?向對象的通信協議（如OPCUA），以實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?的通信協議，即IEC1158所規范的通信協議，諸如Modbus、Profibus和Profinet等；?持以IT為中?的通信協議，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?實時計算和分析的?戶程序，還可以獨?于確定性控制部分啟動和升級。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。?戶還可以利?預裝的?業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現傳統確定性控制，并利?現在和未來邊緣計算發展的最佳選擇。

作者簡介：

彭　瑜（1938-），男，湖南長沙人，教授級高級工程師，上海工業自動化儀表研究院教授級高工、顧問，PLCopen中國組織名譽主席。迄今為止，已經為中國工業自動化技術的發展服務了50多年，涉及流程工業、離散制造業等領域的檢測、控制、生產制造、執行管理等多個方面。

摘自《自動化博覽》2024年第二期暨《邊緣計算2024專輯》