I / O系统,I / O模块

EDGE I / O带来了更多连接到现场设备和传感器

最新的远程I / O将IIT通信与传统智能I / O相结合的更多加工能力

由Josh Eastburn. 9月7日,2020年
礼貌:Opto 22

当智能输入/输出(I / O)系统首次出现时,它们是当时的现行选项的替代方案,包括1)用于离散控制应用的低成本I / O,通常与可编程逻辑控制器(PLC)一起使用,2)连续控制的更昂贵的模拟I / O,通常是大型分布式控制系统(DCS)的一部分。

这些早期的I / O系统仅限于将原始电信号转换为数字值。处理,过滤和塑造这些信号的负担以创建流程控制和可视化的清洁,可用数据完全在控制器上完全休息。

给新I / O系统的“智能”绰号涉及其嵌入的计算能力。它们可以在内部执行信号处理和PID控制的操作而不是依赖于控制器。计算功率降低了使用自定义编程来执行常用任务,如锁定,计数和热电偶线性化,从而减轻控制器上的负担(和程序员)。

智能I / O还为其他控制选项铺平了方法,如分布式控制,以及解决了用于大型应用程序的离散和连续控制功能的需要的混合控制系统。从那时起,I / O系统继续发展,现在有解决行业的动机4.0需求。

在现场更改需求

早期智能I / O系统提供关键区别优势:

  • 通过模块化格式的额外处理能力,可以更容易地为小型和低成本的控制系统添加高级功能。
  • 通过在整个系统中分布处理和控制,智能I/O为冗余和容错创造了选项。
  • 使用I / O模块处理信号处理和PID循环本地,逻辑扫描时间减少,使系统更响应。
  • 简而言之,这些I / O选项的重点是创建经济实惠,弹性和响应性的自动化系统。

然而,推动数字转换的推动推出了以可靠的自动化开头的目标,作为给定的和覆盖操作技术(OT)以有意义的方式与信息技术(IT)域连接。

这些新目标包括:

  • IT和OT系统的融合,打开数据孤岛
  • 现场设备和软件之间无处不在的连接和通信
  • 用于预测分析和自主控制的机器到机器通信
  • 其他生产力垫料石头,如移动和增强可视化

因此,超越可靠性,被要求提供控制系统来提供更多数据和更多的连接。然而,一些障碍在实现这些目标的路上撒谎。

图1:Edge I / O,如Opto 22的Groov Rio,将真实世界电信号直接连接到信息系统和本地或云中。礼貌:Opto 22

图1:Edge I / O,如Opto 22的Groov Rio,将真实世界电信号直接连接到信息系统和本地或云中。礼貌:Opto 22

拥有大多数工业数据仍然居住在未经内容的传感器和开关以及许多棕色地区的独立机械的大型安装基地,该行业有很长的路要实现无处不在的连通性。进一步复杂化,传统的集成选项-RTU,PLC,OPC和SCADA服务器。这些根本不扩展到集成所有内容所需的水平,缺乏所需的通信和安全协议,可以如此安全地进行安全,并且每种中间件的每个级别都会产生每个I / O点。

I / O到救援

除了现场设备本身,I/O系统是最接近高价值现场数据的点。它们也是硬连线设备及其未开发数据的必要集成点。智能I/O系统的目标特性是允许工程师、技术人员和开发人员有效和安全地处理数据集成。

这些系统在各种名称下出现在市场上,有时简单地作为“智能远程I / O”,但术语“Edge I / O网关”也是常见的并且有助于区分与之前的几代相比的独特功能。该术语源自边缘计算的概念,该概念依赖于与重量级云服务或数据中心合作工作的轻量级本地计算资源,以改善数据处理和本地性能。EDGE Computing正在寻找工业互联网(IIT)应用程序中的适用性,因为需要支持更高批量的商业智能和分析系统的数据。

工业边缘I / O模块和系统提供比传统智能I / O更多的计算能力,并应用于数据处理和IT连接,以及增强基本控制功能。这些设备不能仅处理I / O信号处理,而不是处理网络基础架构的一部分,将现场设备直接连接到使用本机协议进行通信和安全性的维护系统或业务应用程序。

定义工业边缘I/O

当然,来自各种供应商的系统在其特定的形式因素和I / O选项中不同,但它们共享一个通用功能集,用于解决连接控制系统的特定目标和障碍物。

更多加工能力:分布式计算能力是智能I / O的定义属性。边缘I / O将其带到下一个级别,CPU和更多RAM更快,以支持复杂的信号处理和嵌入式应用程序。有些型号在像现代移动设备推动的芯片组上运行自己的实时操作系统。

更多的连通性选项:边缘I / O将现实世界与数字世界连接到数字世界,并选择桥接两个域的通信接口。通常,这些设备提供I / O类型,模拟和离散输入和输出的混合以及串行选项。但重要的是,边缘I / O补充了这些具有多种选项,用于将信息传输到自动化和商业网络:有线以太网,WiFi或蜂窝。

支持OT和IT协议:与仅在自动化连接的先前I / O系统相反,边缘I / O也提供与IT系统的本机通信。它对Modbus / TCP,EtherNet / IP,PROFINET和OPC UA等成对选项,带有SparkPlug B,SNMP,VPN和其他支持I / O全新的通信架构的其他协议。通过适当的媒体和协议的组合,边缘I / O设备可以将原始I / O信号转换为OT和IT兼容的数据。

嵌入式安全性:批判性地,IT兼容性介绍了经常缺乏自动化硬件的安全选项。功能等用户身份验证,SSL / TLS数据加密,证书管理和内部防火墙配置,即使跨公共网络,也可以直接从现场或工厂地板中安全数据传输。

嵌入式逻辑:安全IT通信和嵌入式计算能力使得边缘I / O系统可以采取更远的更远的控制器,通常给予控制器。除了传统的信号处理功能,如缩放,斜坡,累计和输出脉冲等,EDGE I / O还增加了简单的编程选项,例如Node-Red来存储和过滤数据,组合来自不同来源的数据,并使用数据库和Web执行事务服务。

图2:新的智能远程I / O(边缘I / O)系统与IT网络兼容,因此它们可以绕过通常的中间件层,直接从现场移动到云端的数据。礼貌:Opto 22

图2:新的智能远程I / O(边缘I / O)系统与IT网络兼容,因此它们可以绕过通常的中间件层,直接从现场移动到云端的数据。礼貌:Opto 22

现在有可能吗?

这些新的I / O选项可以让行业更接近数字转型以及如何帮助克服妨碍妨碍障碍的障碍?

满足大数据的带宽和计算需求以及嵌入式人工智能和高级可视化的当地要求要求工业自动化专家考虑新的更可扩展的系统架构。边缘计算已经证明其在商业应用中的有效性,并且它也适用于工业应用。不幸的是,剥夺了现有的基础设施是一个昂贵的主张。自动化工程师需要与现有系统一起运行的选项以实现相同的结果。

Edge I / O使得额外的计算和网络能够添加零碎的,代替现有的自动化基础设施,提供用于工程师的多个路径,以实现架构可扩展通信。例如:

  • 通过与传统自动化系统并行地将I / O信号连接到数据网络,可以使用边缘I / O来用于轻量级集成。
  • 硬连线设备可以用基本传感器和边缘I / O作为控制器的集成选项进行改装,可直接向监控系统发送数据。
  • 通过允许边缘I / O处理数据采集,预处理和传输到更高级别系统,可以通过PLC和Windows PC等现有中间件旁路或删除。
  • 由于许多边缘I / O模型设计用于危险场所,因此EDGE I / O还提供了更实惠的难以触及设备监控的更实惠的路径。

结合边缘控制器,边缘I / O可以提供更多的设计可能性,特别是用于集成传统自动化设备。但它是工业边缘I / O的控制器的潜力,允许灵活地部署智能和连接到过程中。这种可扩展性,安全性作为第一个原理,有助于制作大规模的机器到机器通信可行。

图3:EDGE I / O相结合了智能I / O处理和IT连接,以简化IIOT应用,如监控远程设备的操作效率。礼貌:Opto 22

图3:EDGE I / O相结合了智能I / O处理和IT连接,以简化IIOT应用,如监控远程设备的操作效率。礼貌:Opto 22

它的主旨

I / O系统继续响应自动化行业的不断变化的需求。边缘I / O将分布式智能I / O处理与IT取向通信组合,扩展了创建无处不在的连接和克服障碍的选项。这些系统与前几代智能I / O之间的临界差异是它们本地与IT系统和软件接口的能力,允许它们绕过传统通信中间件并将数据直接发送到其目的地。相同的能力允许这些系统在自动化任务中共享更大的责任范围,并独立于传统的自动化控制器,如PLC,PACS或IPC。


Josh Eastburn.
作者简介:Josh Eastburn是技术营销总监,Opto 22.作为在半导体,石化,食品和饮料和生命科学行业工作的自动化工程师12年后,Eastburn与Opto 22的工程师合作,了解明天客户的需求。他是Blog.opto22.com的贡献作家。