控制器、接口提供先进的边缘计算能力

边缘计算见解

• 边缘控制器提供计算和高级通信功能，但对于较小的应用程序来说可能过于复杂或昂贵。
• 现代可编程逻辑控制器(plc)超越了传统plc的实时控制，具有边缘计算功能，可以支持更灵活的生产和更高效率所需的数据收集和分析。

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现在，消费者比以往任何时候都更希望以自己的方式使用许多不同类型的产品，制造商需要先进的自动化和控制来安装在边缘并支持消费者的需求。制造灵活性提出了一个问题，因为大规模生产和标准化通常是提高效率和降低成本的最佳方案，但这些概念与消费者对更多定制产品的需求不太吻合。

为了响应消费者的需求，许多行业正在转向数据驱动的解决方案，以提高产品、服务和制造的响应能力和质量。这反过来又导致了运营技术(OT)生产系统与信息技术(IT)企业系统的更深层次集成，而边缘计算可以提供帮助。

这种集成不仅对于大规模定制是必要的，而且对于收集和处理数据以进行持续改进、质量控制和跟踪也是必要的。这些数据也是预测性、规范性和描述性分析的基础。

数据是实现动态变化以实现敏捷生产、优化操作和能源消耗的关键。由于这些原因，工业公司正在寻找最有效的方法来连接其制造系统中包含的有价值的数据，并将其充分利用。工业自动化设计人员，特别是原始设备制造商(oem)，如何适应日益增长的数据需求和与企业系统的深度集成?

制造产品，有数据在旁边

制造系统显然生产产品，而且它们也越来越多地生产数据。今天创造的数据比历史上任何时候都多。根据多摩君，创作者数据永不休眠在过去十年中，预计到2022年全球将创建、捕获、复制和消费的数据总量为97泽字节(ZB)。制造业处于领先地位，其存储的数据比包括政府在内的任何其他行业都多。

为了生成和处理这些数据量，整个行业都在大规模扩展数字化转型、智能设备和工业物联网(IIoT)技术。大多数制造商和原始设备制造商都认识到，工厂车间的控制和监控系统生成的数据是数字黄金，但前提是这些数据可以轻松访问并快速采取行动。

正如有比以往更多的数据来源一样，有更多的技术选择来连接这些数据。由于需要基础设施和安全性，连接、上下文化、传输和处理大型数据集可能非常复杂且成本高昂。

过去和现在的制造业数据收集和分析

对于试图访问和操作工业数据源的用户来说，挑战在于连接各种边缘目标设备，然后将数据传输和存储到可以执行计算和分析的地方(图1)。

传统上，工业自动化系统采用可编程逻辑控制器(plc)和人机界面(hmi)来设计，以提供基本的控制和监控功能。在典型的场景中，数据可以通过OPC数据服务器收集，并在数据历史记录或监控和数据采集(SCADA)系统中进行上下文化。

plc、HMI/SCADA和历史机通常与IT基础设施分离。随着这些OT设备以及相关的网络和通信协议技术的改进，收集数据变得更加简单，甚至到了OT设备可以更直接地与it系统交互的程度。

OT和IT的融合导致了另一个关键的发展，这是一种新的工业控制和计算设备——通常被称为边缘控制器。边缘控制器通常将实时PLC控制与通用PLC/SCADA计算和通信功能相结合。边缘控制器可以很好地与OT和IT资产通信，它们还可以使存储和计算资源从中央数据中心或云转移到生成数据的边缘位置(图1)。

边缘控制器对某些应用程序可能很有吸引力，但这种设备的一个后果是技术堆栈变得更深，因此总体成本和所需的开发时间可能不适合许多OEM机器制造商或较小的最终用户应用程序。

一种实用的边缘控制器数据访问方法

机器制造商将始终把重点放在强大的实时控制和方便的可视化上，即使是安全的远程连接，数据访问和敏捷生产正变得越来越重要．

在某些特殊情况下，例如每年生产数万台的机器，开发定制的控制、计算和连接解决方案可能是有意义的。在其他情况下，项目可能会支持边缘控制器和相关开发的成本。

然而，现实是机器的很大一部分，甚至是中小型一般自动化应用，很容易服务于现代plc和hmi，即使数据访问是优先级(图2)。

这是因为这些设备的现代版本已经集成了网络、数据处理和处理功能，因此它们可以满足大部分IT可访问性需求，但成本合理，实现简单。它们支持边缘计算需求，例如远程连接以及高级监控和分析集成。这在现代plc的至少三个具体方面是显而易见的:

1. 网络和沟通:Modbus, EtherNet/IP和Profinet是一些最流行的基于ot的通信协议或现场总线，许多现代甚至一些传统的plc都支持。但直到最近，plc很少包含允许它们与企业系统无缝集成的协议。此外，加密、数据隐私和其他网络安全问题要么没有解决，要么是在事后才添加的。然而，一些现代plc通过支持OPC UA、与本地和企业电子邮件服务的安全集成、Microsoft认证的Azure集成、安全REST API和安全消息队列遥测传输(MQTT)，以及一系列现场总线协议(图3)，将IT功能原生地集成到通信堆栈中。
2. 数据语境化:传统plc通常包含非结构化数据，这需要在监管层进行大量的返工，以便为企业系统的使用做好准备。现代PLC软件允许自动化设计人员在数据源一次创建此结构和定义，PLC固件可以公开数据模型供消费，从而为消费数据的系统提供“单一来源”。
3. 低延迟数据处理:由于内存和其他计算资源的限制，传统plc通常不可能在边缘本地聚合数据，或者与执行控制代码相比，它被认为具有较低的优先级。现代plc平衡内存和处理，允许本地基本数据收集和聚合，同时优先执行实时控制代码。这种预处理在对源端的低延迟数据执行时最为有效，并且减少了数据摄取和转换所需的上游网络流量和处理量。

借助现代plc，设计人员现在拥有可扩展的选项，可以开发可靠的面向未来的自动化，以与企业系统集成，提供边缘计算功能。

plc超越了基本的自动化

工业自动化设计师，特别是oem，追求标准化的解决方案，使设备更容易开发，操作和维护。然而，一些开发人员可能会担心在标准化解决方案上的投资，这可能会限制创新，因为他们的产品范围和需求正在扩大。

现代plc和hmi可以解决这些问题，因为它们有助于确保可靠的整体功能，能够执行现在的基本任务，同时在未来执行更先进的计算。

用户现在可以实施这种类型的边缘技术，使用熟悉的平台提供适当规模和成本效益的自动化，同时根据需要创建更先进的应用程序，例如边缘计算功能。更高级别的工业物联网平台、云计算甚至机器学习(ML)等复杂策略现在可以直接安全地与OT数字资产进行交互，而不需要复杂的中间步骤。

plc和hmi的这个勇敢的新世界为设计人员提供了他们现在需要的实时控制功能，同时增加了数据处理和访问功能。这些设备中丰富的计算资源还提供了处理未来需求的平台，包括预期的和意外的需求。

达蒙普维斯PLC产品经理在哪里AutomationDirect.com．编辑克里斯·瓦夫拉，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．

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