评估边缘作为一个平台

通过对完整边缘平台进行标准化,最终用户可以简化边缘软件和硬件的交付、开发、部署和支持,同时简化操作。请参阅四个边缘平台构建块和四个关注点。

通过丰富的木匠 2022年10月4日
礼貌:爱默生

学习目标

  • 边缘计算平台组件需要很好地协同工作。
  • 网络安全、硬件、软件和通信是边缘计算平台的关键方面。
  • 用户在开发边缘计算平台时,需要决定是装配更好,还是获取更好。

边缘计算洞见

  • 现代边缘由运行多种软件的硬件设备组成,这些软件以安全的、但制造商可访问的方式运行。
  • 开发边缘平台可能会令人生畏,但选择是通过组装还是作为单独的组件构建平台会有所帮助。
  • 深刻理解边缘计算如何帮助公司运营,并理解其具体好处,可以为项目提供长期的重点。

当涉及到工业自动化时,“Edge”是“前沿”技术,但这个简单的术语包含许多元素。边缘可以被认为是监控物理特性的仪器、自动化设备的控制器、执行计算的处理器等等。当然,边缘包括所有这些元素之间的连接,并实现工业物联网(IIoT)应用。

在工业自动化和工业物联网的背景下,用户应该警惕过于狭窄的定义。用户应该在实现之前规划出对完整边缘平台的期望。平台不仅仅是一台硬件,比如一台边缘计算机,而是一系列硬件选项、各种软件以及广泛的连接和网络选项。边缘平台应该提供兼容和可扩展的解决方案,方便交付、开发、部署和支持。

虽然任何边缘应用程序都是由一个或多个“事物”创建的,但重要的是,不仅要关注每个元素的功能,还要关注所有元素的互操作情况。事实上,为了实现可扩展性,众多边缘硬件和软件组件的安全连接和计算变得至关重要。设计师必须仔细考虑一个全面的边缘平台技术性能和可维护性。

四大边缘平台组成部分:硬件、软件、通信、网络安全

几十年来,工业前沿——物理信号与数字领域来回转换——由可编程逻辑控制器(plc)和可编程自动化控制器(pac)组成。这些与人机界面(HMI)以及监控和数据采集(SCADA)图形一起使用,以提供可视化。在这里,可以以支持使用这些系统的操作团队的方式对有限类型和数量的数据进行操作。多年来,虽然处理能力、网络方法和通信协议极大地改善了这种情况,但可能性仍然有限。

现代边缘的特征是许多硬件设备运行多种类型的软件,所有这些硬件设备都以网络安全且可访问的方式进行广泛通信(图1)。这些部件被安排用于连接运营技术(OT)资产与信息技术(IT)资源。

图1:边缘应用最好建立在经过验证的硬件、软件和网络产品平台上,因此用户可以轻松连接到许多OT设备和系统,并将它们与IT资源无缝对接。礼貌:爱默生

图1:边缘应用最好建立在经过验证的硬件、软件和网络产品平台上,因此用户可以轻松连接到许多OT设备和系统,并将它们与IT资源无缝对接。礼貌:爱默生

1.硬件与过去一样,用于边缘应用的可包括PLC/PAC。如果需要控制,更好的选择是使用更现代的边缘控制器。边缘控制器的工作方式类似于PLC,执行确定性实时控制,但包括一个通用计算系统,使其适用于执行多种类型的计算、分析和工业物联网任务。

每种硬件选项都适合特定的应用需求。一些基本的实现可能只需要边缘网关来传输数据,而复杂的计算应用则需要工业PC (IPC)的能力。

2.软件使所选硬件执行其预期的控制和计算角色。这包括预处理数据、聚合数据、为数据添加上下文、存储数据并将信息转发到其他系统,通常是更高级别的现场或基于云的资源。除了基于浏览器或移动显示和仪表板(图2),软件还必须支持本地和远程可视化(通过HMI和SCADA图形)。软件应该遵循行业标准,并提供开放和可扩展的环境。然而,对于软件环境来说,易于使用同样重要,这样才能成功地进行部署和支持。

图2:现代边缘HMI/SCADA软件,如Emerson Movicon WebHMI提供了一个开放和可扩展的环境,支持所有类型的本地和远程可视化。礼貌:爱默生

图2:现代边缘HMI/SCADA软件,如Emerson Movicon WebHMI提供了一个开放和可扩展的环境,支持所有类型的本地和远程可视化。礼貌:爱默生

3.通信涉及硬件和软件,并根据是否连接OT或IT资产具有独特的要求。常用的OT协议包括EtherNet/IP (ODVA)、Profinet (PI北美)及Modbus TCP (网络通讯协议组织),但还有许多其他选择,包括仍在使用的经典串行通信。IT协议包括OPC UA和消息队列遥测传输(MQTT)。边缘设备必须精通OT和IT协议,并在两者之间提供无缝的数据交换。

4.网络安全担忧是扩大连通性和可访问性的自然结果。传统的工业设备几乎没有安全措施。相比之下,现代设备必须包含最新的网络安全技术,并且易于维护和更新补丁。边缘设备管理应该只需要管理员很少的工作。

边缘平台组装还是收购?四个问题

在不同程度上,硬件、软件、通信和网络安全的每一个元素都可以获得或组装à点菜。然而,这种定制的方法会带来风险,包括延长项目工期。最常见的四个问题包括:

  1. 花费时间和精力评估潜在的产品,并确认它们提供必要的工业级性能。

  2. 确认硬件产品与它们必须交互的OT和IT资源之间的连接。

  3. 确保应用程序和所选操作系统之间的安全兼容性

  4. 研究未来的可伸缩性和支持。

用户、机器制造商和系统集成商更愿意把精力集中在开发有价值的应用程序上,而不是调查支撑它的所有元素的适用性。由于这些和其他原因,从边缘解决方案组合中选择产品(其中一些提供了可随时配置的硬件/软件组合)通常对边缘实现最有意义。

边缘平台与零碎实现

一个完整的工业边缘平台为构建边缘解决方案提供了必要条件,从最小的机器上或工厂内数据收集项目,到大规模生产线集成。这种标准化为开发人员提供了信心,每个项目在部署时都将正常运行,并将成功扩展并与未来的边缘计划集成。

对于商业和工业项目,开发人员应该考虑具有以下五个属性的边缘平台(图3):

  1. 可扩展和兼容的硬件范围从小型plc,到中型/大型pac,到边缘控制器,网关和ipc。

  2. 实时确定性软件引擎,实现plc、pac和边缘控制器之间的控制逻辑可移植性。

  3. 通用开放和可扩展的工业物联网、可视化和分析软件,能够在边缘控制器和ipc上运行。

  4. 支持许多关键的OT和IT协议,并能够添加更多协议。

  5. 提供优化和预授权的边缘硬件/软件解决方案包,以简化常见工业角色的部署,包括HMI、边缘计算、边缘控制、边缘分析和SCADA系统。

图3:边缘平台支持成功的工业物联网项目开发,因为它们提供了完整且协调的硬件和软件元素范围,并且可以作为常见角色的优化解决方案,如可视化、边缘计算、边缘控制、分析和SCADA。礼貌:爱默生

图3:边缘平台支持成功的工业物联网项目开发,因为它们提供了完整且协调的硬件和软件元素范围,并且可以作为常见角色的优化解决方案,如可视化、边缘计算、边缘控制、分析和SCADA。礼貌:爱默生

虽然现代工业优势和工业物联网是关于开放性的,但一个经过验证的平台支持这些类型的项目的力量是不可夸大的。边缘平台使用户能够着手实施,并为手头的项目释放创造力,而不是将其花费在产品研究和测试上。这还有一个额外的好处,那就是尽早发现障碍,这样开发者就可以解决问题,缩短整个项目的持续时间,加快推向市场的速度。

拥抱完整的边缘

最终用户、原始设备制造商(oem)和支持他们的系统集成商正在越来越多地为广泛的可视化、分析和工业物联网项目实施边缘技术。虽然实现这些项目有许多硬件和软件产品的选择,但对于开发人员来说,确保兼容性、性能和安全性的正确组合是一项艰巨的任务。

幸运的是,有一些公司提供了专门用于工业应用的完整边缘平台。这减轻了自定义方法施加的压力,其中组件是逐个选择和测试的。通过构建一个完整的边缘平台,开发人员可以集中精力优化应用程序,同时最大限度地减少交付、开发、部署和支持流程。

丰富的木匠是总经理,软件,为艾默生的机器自动化解决方案.由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑,控制工程, CFE媒体与技术,cvavra@cfemedia.com

更多的答案

关键词:工业物联网,边缘计算

在线

查看更多的边缘计算故事//www.globalelove.com/control-systems/embedded-systems-edge-computing/

考虑一下这个

你会整合吗分离边缘设备还是使用边缘计算平台?


作者简介:Rich Carpenter是艾默生机器自动化解决方案业务的软件总经理,负责其用于工业自动化的控制系统、操作员界面、工业PC和工业物联网软硬件产品组合。