基于pc的控制:将工厂底层架构从边缘扩展到工业物联网
边缘设备促进了工厂层面的数据处理，提高了安全性，并使用工业物联网(IIoT)标准。
云计算是工厂自动化领域的热门话题，虽然工业物联网(IIoT)技术可以带来很多好处，但并不是每个公司都完全同意将业务转移到云端。这可能是由于安全问题、数据访问的公司策略、资源可用性等原因。相反，边缘计算采用云服务提供商支持的数据处理概念，并将其移回工厂级别，更接近创建数据的设备。这可以缓解一些安全问题，因为数据永远不会离开设施，但也可以作为未来云解决方案的垫脚石，随着业务需求的增长和变化。
用于数据处理的智能边缘设备
“智能”边缘设备促进了工厂层面的数据处理。在设备被认为是智能边缘设备之前，必须完成几个任务。第一个任务是收集工业过程中的数据。一旦数据被采集和存储，边缘设备就会根据预设的目标或参数完成其主要任务-数据分析。这些任务直接在设备上执行，还可以选择将数据垂直移动到云端或其他公司数据库，以填充业务和设施经理使用的仪表板。
数据可以在边缘和/或使用公认的IoT和IIoT标准传输到云端，例如用于过程控制统一架构(OPC UA)的对象链接和嵌入、消息队列遥测传输(MQTT)和高级消息队列协议(AMQP)。这为未来的升级创造了一个无缝的迁移路径，基于pc的控制系统最适合这类应用，因为它对硬件、软件和网络的IT标准具有固有的开放性。
对于基于pc的控制，另一个需要考虑的要点是硬件的可伸缩性。控制工程师可以从用于非常基本的命令和协议转换的小型处理器开始，然后迁移到功能强大的多核工业pc和嵌入式pc，在边缘进行高级数据处理和分析。更强大的工业pc还可以作为整机或线路控制器发挥双重作用。
基于pc的控制体系结构使得相同的硬件平台可以部署在制造车间的任何地方。例如，这种类型的自动化硬件可以作为可编程逻辑控制器(PLC)、运动控制器、机器人控制器和/或作为物联网网关设备等等。从更高的层面来看，用于支持云的硬件组件通常是由大型IT公司运行的数据中心级别的服务器，或者由大型最终用户购买并作为私有云应用程序在现场运行的小型服务器。
使用智能边缘设备，例如基于pc的控制器，可以帮助用户从大量原始数据中过滤出重要数据，无论这些数据是保存在设备中还是发送到云端。作为云服务解决方案的一部分，智能边缘设备可以减少相关的费用，无论云服务费用是基于传输的数据量还是发送到云的消息数量。
基于pc的控制技术使得实现工厂从地板到云的通信架构成为可能，而不需要来自第三方it供应商的昂贵的托管交换机。机器制造商和制造商可以使用一些预先集成的物联网和云连接技术。所涉及的硬件是标准工业PC和I/O硬件产品的一部分。
建立物联网连接的所有编程或配置都在同一个通用平台上进行，该平台用于编程PLC、运动控制、机器人、安全和人机界面。虽然这不会让运动控制程序员立即成为“物联网专家”，但它促进了专业程序员和团队之间的高效编程。通过这种方式，可以在工程团队非常熟悉的编程环境中在机器上处理高级分析和过滤。
智能边缘设备的安全性
高性能工业以太网系统(如EtherCAT)和垂直通信协议(如OPC UA)的组合提供了各种内置安全措施，无需编程即可实现。在工厂楼层和机器到机器级别，EtherCAT具有集成的安全功能，可以阻止来自外部来源的不必要入侵，并且不需要使用IP地址。缺省情况下，EtherCAT从设备“销毁”非EtherCAT帧。这包括注入恶意软件或病毒，因为它们不是控制过程的一部分。
这些意外的“坏”数据帧不会被EtherCAT转发，因此它们会立即停止，而不会丢失重要的进程数据。EtherCAT还通过作为系统架构一部分连接的标准TCP/IP设备保持数据隧道。由于EtherCAT不需要使用开关，因此将外部帧插入控制系统的危险很小，但如果这样做，这些帧将被自动销毁。
对于垂直集成，OPC UA提供内置会话加密、消息签名、序列数据包(阻止重放攻击)、身份验证等。MQTT和AMQP为云通信提供了类似的安全和加密措施。进一步的保护可以通过防火墙的标准IT基础设施规划实现，为公共云系统提供足够的安全性。如果愿意，最终用户可以考虑完全在企业IT系统中运行私有云。当正确的技术组件到位时，用户可以确信数据是加密的，并受到保护不受入侵。
未来的智能设备必须在提供高性能和提供紧凑的空间之间找到平衡。尽管CPU的尺寸非常紧凑，但最多可使用四核处理器，因此这个进程间通信(IPC)可以作为整体机器控制器和/或物联网网关，将数据推送到云服务。ipc可以轻松集成EtherCAT等工业以太网协议和OPC UA和MQTT等云通信标准。有了适当的基于pc的控制软件，IPC硬件就变成了编程的样子。先进的物联网和工业4.0概念每分钟都在发生变化，正是这种硬件和软件的灵活性和适应性，将帮助机器制造商和最终用户在行业中保持领先地位。
埃里克•莱纳倍福自动化是工业PC市场专家。由内容副经理艾米丽·冈瑟编辑，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．
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