边缘和云端--控制网


边缘和云端
企业:贝加莱工业自动化(中国)有限公司 日期:2019-06-29
领域: 点击数:163

前言

在全球化的竞争下,工业生产过程需在效益和效率方面提升至更高水平。能耗必须可追踪,设备维护必须更快捷,而且必须可以衡量和比较资产绩效。借助高度自动化、超级互联化的机械和生产线,工业物联网为实现这一切提供可能。因此,机械设备运营商正持续提升对工业物联网的关注。为了充分利用其互联的工厂,机械设备必须能够连接至云端。而这需通过使用所谓的边缘设备来实现。

边缘设备构成了操作技术(OT)和信息技术(IT)之间的接口

有效利用数据

工业物联网解决方案允许用户从他们的机械设备中提取信息,这远远超出了简单的报警和事件通知。“当一个组件显示出磨损迹象并将失效时,用户会被告知,”贝加莱工业物联网生产经理Ralf Pühler说道。“目前,由设备产生的数据中只有约百分之一得到了实际利用,”他强调说。贝加莱旨在通过由硬件和软件组成的模块化解决方案来提高此百分比,从而满足客户要求。

mapp技术的模块化软件组件能够收集、处理和显示来自机械的数据。为了建立能源监控系统,自动化工程师只需要将mapp Energy组件拖放入他们在Automation Studio中的项目即可。软件组件可以自动收集所有机器轴上的耗能数据,然后计算和显示相应的参数。“除了mappEnergy之外,还有很多其它组件,包括计算设备综合效率的组件,”Pühler补充道。

存储容量几乎无限

以前,机器数据只有在覆盖新数据之前才会被断断续续地保存。“如果我们想要进一步分析和利用这些数据,就需要在某个地方存储它们,”Pühler说道。这可以是本地数据库或基于云的数据中心。

然而,在工业物联网时代,数据只是告诉我们关于各个机器的情况还不够。“我还想要能够在机器和生产线、甚至世界各地不同的生产基地之间进行比较,”Pühler解释道。原则上,这需要使用本地计算机对所需的数据量进行分析和评估。“但是,利用云端所提供的几乎无限的处理和存储能力往往更有意义,”这位工业物联网专家说道。

许多机械设备运营商收集数据,却不对它们进行分析。在没有这样做的时候,他们错过了巨大的优化潜力。

OT遇见IT

将汇总的数据发送到云端的硬件被称为边缘设备。边缘设备?“我们这么称呼是因为它们是通往云端的最后一个物理实体,”Pühler解释道。这些设备构成了机械层的运营技术(OT)和云端的IT解决方案之间的接口。OT包括可以实时监测和控制设备、过程和事件的硬件和软件组件。

根据应用不同和数据量大小,在OT层收集的数据可以通过不同的方式转移到云端。“这就是为什么我们提供三种类型的边缘设备以确保我们拥有适应每一种情况的解决方案的原因,”Pühler说道。

三种边缘设备

如果传感器每小时收到一次信号,那么将数据直接发送至云端是有实际意义的。使用传感器监测管道是否泄漏就是一个很好的例子。“像这样的情况不需要实时控制,所以无需本地控制逻辑。”此外,这对于维护团队在几天之内检查管道而言足够了。对于诸如此类的简单应用来说,贝加莱的总线控制器就可以满足需要。这可以通过OPCUA以加密形式将未经处理的I/O信号传输到云端。“我们称该选项为EdgeConnect,”Pühler说道。

在涉及到更大数据量的情况下,首先将机器上的数据进行汇总是值得做的。这有两个优点:首先,这降低了云服务的带宽需求和成本;其次,它提供了一个足够的缓冲区来防止在连接错误的情况下发生数据丢失。“在这种情况下,可以使用我们的标准控制系统,”Pühler声称道。“我们称其为EmbeddedEdge,而且它可以执行实时机器逻辑以及向云端传输数据。”

机器学习系统

为了监控整个生产线,来自数百个I/O的数据必须在发送到云端之前进行预处理。在这些情况下,标准控制器已经不够用了。Pühler对此也有一个解决方案。“这里,贝加莱AutomationPC可以与一个综合的工业物联网平台相结合,创建所谓的边缘控制器(Edge Controller)。”得益于其强大的处理能力和高存储容量,相比其它两个边缘选项,工业PC可以执行更先进的预处理和分析。此外,它还可以计算复杂的算法,例如机器学习系统中使用的算法。

随着有各种各样的边缘架构可供选择,很容易为工业物联网装备新建工厂。“边缘计算并不只是针对新设备,”Pühler强调说。“目前,它还为相对孤立运行的传统设备带来了巨大益处。”凭借OrangeBox,贝加莱还可以提供针对已有设备的解决方案。作为软件和硬件组件的灵活组合,OrangeBox可以连接到现有机器,并且能够无缝集成到边缘架构中。

工业物联网实施有四个基本方面:用于采集数据的硬件,数据本身,用于分析数据的软件,以及最终的连接,换言之,将所有其它方面联系在一起的网络。

用于强大连接的协议

使用支持大数据量传输的专用协议可以将数据从边缘传输到云端。贝加莱可提供像MQTT(消息队列遥测传输)和AMQP(高级消息队列协议)这些常见的队列协议,允许数据包进行可靠传输,即使在网络连接不良或间歇性不可用的情况下亦如此。它们是通过将队列中的数据包保存在必要的位置稍后发送来做到的。

借助三种不同的边缘架构,贝加莱可以为每种情况都提供一种解决方案。

其它协议包括OPC UA在内,都可以通过MQTT和AMQP传输。“OPC UA拥有的优点可以得到IT领域以及控制系统层中各类硬件和软件的充分理解,”Pühler解释道。这确保能够在机器层和云端之间建立强大的连接,且不依赖于所使用的硬件。

摘自《自动化博览》2019年6月刊

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