评估工业自动化的边缘机会

边缘计算洞察

• 边缘计算和设备让制造商在收集数据以及如何建立运营方面更加灵活。
• 第三方专家，如系统集成商(si)，可以帮助公司找到正确的运营方法，这使得公司集成完整的硬件和软件组合更加容易。

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长期以来，人们一直认为制造业和加工业应用的技术进步落后于为消费品开发的技术进步，这不是什么秘密。这种模式主要是通过设计实现的，因为工业应用程序所需的任务关键型自动化和控制性能超过了典型消费者优先考虑的便利性和功能。边缘计算和其他应用于边缘的高级自动化功能正在为制造商的数字化转型增加能力。

近年来，用户更加意识到自动化硬件和软件的不断扩展。虽然不断发展的技术和更灵活的架构通常使设计人员更容易将数字转换应用于现有和新的运营技术(OT)控制和监控系统，但众多的选择可能会使最佳选择的路径变得模糊，有时会导致一次性的、不可重复的实施。

终端用户、原始设备制造商(oem)和支持他们的系统集成商(si)正在探索制造场地和设备的边缘机会，并提出了如下问题:

• 边缘技术和工业物联网(IIoT)对实际利益意味着什么?

• 公司如何开始更新遗留系统并推出新项目，同时确保保留投资并为工作的未来做好准备?

• 考虑到信息技术(IT)连接的必要性，解决网络安全问题的最佳方法是什么?

理解边缘自动化可以实现什么，并开发合理的数字转型方法是回答这些问题的第一步。

从工业边缘计算到云计算的好处

工业边缘应用变得越来越流行，不是因为它们很时髦，而是因为它们是访问数据所必需的。用户正在认识到其自动化系统中数据的数量和价值，这些数据可能由于物理隔离、缺乏集成和非数字化而搁浅。

边缘技术通过访问这些数据，提供内部见解，或将其传输到站点内或云中进行更广泛的分析，从而获得额外的可操作见解，从而提供解放这些数据的途径。捕获数据是不够的。分析对于理解如何提高效率、安全性和正常运行时间至关重要(图1)。

工业边缘设备类型扩展了过去的边缘计算

许多不同的设备构成了边缘，包括(图2):

• 智能传感器和更智能的联网现场设备。

• 网关和其他小型计算选项安装在传统和现有系统之上。

• 具有现代连接的确定性控制plc。

• 边缘控制器提供与边缘分析相结合的确定性控制。

• 工业pc可以执行更广泛的通信和分析计算接近边缘。

• 现场和远程/移动人机界面(HMIs)。

• 软件平台将制造工厂内的边缘连接到云端，以及两者之间的一切。

对于自动化设计人员来说，选择满足当前和未来需求的技术可能具有挑战性，因为有太多的选项。

工业自动化:符合目标，面向未来

工业自动化设计师的首要目标是提供安全有效的设备。然而，访问设备中包含的丰富信息并根据其采取行动变得同样重要，这意味着设计师必须超越传统的自动化元素。

有些用户可能还没有准备好完全深入到边缘实现中。然而，从一开始就添加或内置可扩展的边缘技术是重要和实用的，因此只要用户准备好了，系统就可以提供工业物联网优势。当开发人员调查各种选择时，他们会发现许多供应商，其中一些供应商提供的是商业级而不是工业级的边缘技术。

不幸的是，将来自多个来源的硬件和软件组装到一个内聚系统需要大量的研究和测试工作，这带来了额外的风险。创建自定义边缘实现的一些主要问题是性能有限、缺乏可伸缩性、未来支持有问题以及缺乏网络安全。

另一方面，考虑到自动化和边缘实现的无数可能用例，今天没有人会合理地期望购买一个完全为特定需求量身定制的一体化包，只需要点击几下即可。

边缘自动化平台的元素

相反，用户希望通过寻找具有以下9个功能的综合自动化和边缘平台来加速他们的工作:

• 与软件紧密结合和协调的硬件。

• 跨控制和计算功能级别的可伸缩性和灵活性。

• 为常见用例提供捆绑的硬件/软件解决方案。

• 方便的软件模块，如精益生产和能源监测的基本任务。

• 在扩展解决方案时不需要重做的一致的开发环境。

• 支持多种协议和编程语言，具有强大的库功能。

• 从单台机器到整个制造工厂的可伸缩性。

• 内置的网络安全。

• 在软件和硬件层面上是工业级的产品，而不仅仅是商业技术的改编。

随着应用程序和需求的广泛变化，已被证明提供这些功能的产品组合对工业自动化设计人员和开发人员来说是一个巨大的好处。考虑这个项目中的例子，看看它在实践中是如何工作的。

CIP/SIP防滑监控

就地清洁(CIP)和就地消毒(SIP)工艺应用于食品和饮料、生命科学和其他制造和生产应用。CIP/SIP使用水(通常在高温下)和化学物质，包括腐蚀性和酸性，清洗管道、阀门、容器和设备的固定安装，以确保系统清洁、消毒和灭菌。适当的CIP/SIP操作可消除批与批之间的交叉污染，并保持监管卫生，以维护产品质量并降低消费者风险。

即使是一个正常运作的CIP/SIP系统也会消耗大量的植物资源。在某些情况下，几乎30%的总资源，如水，蒸汽，电力和化学品被使用。处理不当的CIP/SIP操作可能会运行太长时间并浪费这些资源。低效的设计还会增加劳动力需求，并在转换过程中造成生产停机。

在其他情况下，这些过程中的大量手动步骤可能导致系统和人为错误。由于这些原因，许多公司正在从手动CIP/SIP系统转向全自动操作，利用工业额定传感器、分析仪、阀门、电机控制、plc和HMIs来帮助确保顺利操作。

通过使用全面优化的前沿技术构建CIP/SIP自动化系统，甚至可以实现更大的好处。这些措施包括自动运行报告、验证一致的卫生标准、偏差标记以及通过分析和根据见解采取行动来寻求最佳情况下的“黄金周期”，以最大限度地减少运行时间和公用事业的使用。

虽然一些CIP/SIP集成商已经从零开始创建了自己的边缘解决方案，但他们现在可以通过从供应商那里选择完整的解决方案来节省时间和金钱。这些类型的解决方案建立在协调的边缘就绪产品组合之上，这些产品已经满足了行业需求。

边缘启用软件，控制器减少30%的用水量

CIP分析解决方案可以改造到现有的CIP/SIP滑道或内置到新的设计中。该解决方案可与传统或智能仪器配合使用，如压力/流量/温度变送器和电导率分析仪。它还集成了智能阀门和电磁阀管汇，以监控操作和性能。

该解决方案使用边缘支持软件平台。它可以运行在边缘控制器或工业PC (IPC)上，并利用It和OT通信标准和协议。通过使用经过验证且可互操作的平台，用户将受益于快速部署和广泛的功能(图3)。

CIP分析解决方案使运营商和工程师能够可视化和监控性能，执行基准测试并报告公用事业消耗。根据建模数据，该解决方案平均可以减少30%以上的用水量，同时将以前管理手动和半自动系统的时间节省20%，优化运营性能和效率。

边缘作为一个机会，提高自动化，数据分析

终端用户、oem和si正在利用灵活的数据访问和分析来改进自动化系统。边缘技术对于实现这些功能至关重要，但要考虑的选项太多，很难在众多选项中进行权威选择。

答案是选择一个经过验证和协调的硬件和软件平台，允许开发工作专注于应用程序而不是集成。这种方法提供了一种快速而可靠的方式来创造整体价值。

用户应该寻找包含确定性控制、边缘计算、可视化、分析以及站点和云连接的产品组合。这个基础让设计人员知道他们将最大限度地减少设计工作量，最大限度地提高工作的可重用性，同时使工业应用程序灵活且面向未来。

Nishita Palkar是pac系统工业计算投资组合为艾默生。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．

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关键词:边缘计算，边缘控制器，过程安全

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