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工業(yè)邊緣計(jì)算架構(gòu)的演變：從以太網(wǎng)IP到邊緣

2022-11-16 13:58:32來源：千家網(wǎng) 閱讀量：168 評論

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導(dǎo)讀：多年來，工業(yè)自動(dòng)化架構(gòu)的特點(diǎn)是，利用分布式計(jì)算提高性能、質(zhì)量、可靠性、可用性、響應(yīng)性并降低軟件維護(hù)成本，最終現(xiàn)場設(shè)備的計(jì)算量不斷增加。

　　終極工業(yè)邊緣計(jì)算設(shè)備感知和控制物理流程，運(yùn)行本地程序，并與工業(yè)控制器、工廠運(yùn)營、企業(yè)系統(tǒng)和云應(yīng)用程序通信。這是實(shí)時(shí)閉環(huán)制造業(yè)務(wù)運(yùn)營盈利和競爭力所必需的。
 
　　多年來，工業(yè)自動(dòng)化架構(gòu)的特點(diǎn)是，利用分布式計(jì)算提高性能、質(zhì)量、可靠性、可用性、響應(yīng)性并降低軟件維護(hù)成本，最終現(xiàn)場設(shè)備的計(jì)算量不斷增加。每一步的限制因素都是技術(shù)的成本、耐用性和可靠性。隨著商業(yè)、消費(fèi)者和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)在日常生活中普遍存在以及低成本通信的進(jìn)步，這種情況已經(jīng)發(fā)生了改變。智能手機(jī)是許多人的日常設(shè)備，其是集成了通信和顯示功能的堅(jiān)固耐用、功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)的明顯例子。
 
　　邊緣設(shè)備
 
　　邊緣計(jì)算的主要價(jià)值是在接近物理生產(chǎn)的地方執(zhí)行應(yīng)用程序，以極低的延遲實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)時(shí)間并捕獲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。將更高級別的功能直接集成到這種新型的強(qiáng)大現(xiàn)場設(shè)備和工業(yè)控制器中，再加上實(shí)時(shí)事務(wù)處理業(yè)務(wù)系統(tǒng)，正在減少對工業(yè)中間件軟件的需求。商業(yè)系統(tǒng)比工業(yè)系統(tǒng)發(fā)展得更快，以滿足包括供應(yīng)鏈、客戶服務(wù)、物流和互聯(lián)網(wǎng)商務(wù)在內(nèi)的商業(yè)功能的要求。中級軟件和計(jì)算機(jī)已經(jīng)達(dá)到了緩沖、同步、翻譯和精煉傳感器和控制器信息的目的，但也產(chǎn)生了大量中級計(jì)算機(jī)、重復(fù)數(shù)據(jù)庫、復(fù)雜的組態(tài)控制和昂貴且難以維護(hù)的軟件的脆弱系統(tǒng)。邊緣計(jì)算是在用戶或數(shù)據(jù)源的物理位置或附近進(jìn)行的計(jì)算。邊緣的分布式功能包括優(yōu)化、專家系統(tǒng)和具有新型設(shè)備的人工智能。
 
　　邊緣設(shè)備類型
 
　　●支持遺留系統(tǒng)的邊緣網(wǎng)關(guān)
 
　　工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)通常是運(yùn)行中間件軟件的堅(jiān)固耐用工業(yè)計(jì)算機(jī)，這些中間件軟件連接到PLC、驅(qū)動(dòng)器和其他邊緣設(shè)備，以便將信息上下文化，并將其映射到數(shù)據(jù)企業(yè)軟件和數(shù)據(jù)庫。邊緣網(wǎng)關(guān)是利用已安裝的遺留控制和自動(dòng)化擴(kuò)展資本設(shè)備投資，來提供邊緣計(jì)算功能的理想選擇。
 
　　●邊緣工業(yè)計(jì)算平臺(tái)
 
　　堅(jiān)固的邊緣計(jì)算平臺(tái)提供網(wǎng)關(guān)功能，以及許多其他功能，包括分布式控制、優(yōu)化、Web服務(wù)器、OPC UA服務(wù)器和客戶端、人工智能(AI)、REST API、圖像識別和云通信(AWS、AZURE等)。許多集成了多用戶環(huán)境，如Docker和Kubernetes，支持添加用標(biāo)準(zhǔn)編程語言，包括Python和JavaScript，編寫的用戶應(yīng)用程序。
 
　　●智能/智能現(xiàn)場邊緣設(shè)備
 
　　智能/智能現(xiàn)場邊緣設(shè)備是一類新的智能現(xiàn)場設(shè)備，包括智能傳感器和執(zhí)行器，可直接與控制器、企業(yè)和云應(yīng)用程序通信。這些設(shè)備集成了分布式控制功能，包括優(yōu)化、Web服務(wù)器、OPC UA服務(wù)器和客戶端、REST API和云通信(AWS、AZURE等)。基于用戶的計(jì)劃正在定義基于這些概念的新架構(gòu)，包括NAMUR開放架構(gòu)(NOA)和開放過程自動(dòng)化論壇(OPAF)標(biāo)準(zhǔn)。
 
　　以太網(wǎng)IP到邊緣
 
　　隨著單對以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)10BASE-T1的集成，工業(yè)邊緣正在進(jìn)入主流計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)，使IP通信嵌入到終端現(xiàn)場設(shè)備，包括傳感器和執(zhí)行器，具有成本效益。支持工業(yè)控制和自動(dòng)化的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)利用了大量生產(chǎn)的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品的優(yōu)勢，包括較低的硬件、軟件和支持成本。SPE是直接從傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)啟動(dòng)器和其他設(shè)備中解鎖更多信息的方法。
 
　　單對以太網(wǎng)是高級物理層(APL)的基礎(chǔ)，將以太網(wǎng)引入危險(xiǎn)地區(qū)的現(xiàn)場級儀器。現(xiàn)場級以太網(wǎng)將以其普遍性和快速性，使流程工業(yè)的數(shù)字化成為現(xiàn)實(shí)。電流和電壓將受到限制，以對區(qū)域0和1/Div 1提供本質(zhì)安全的解決方案。主要目標(biāo)是在流程自動(dòng)化領(lǐng)域采用成熟的技術(shù)和選項(xiàng)。
 
　　語義上下文數(shù)據(jù)連接
 
　　OPC基金會(huì)OPC UA FLC(現(xiàn)場級通信)計(jì)劃在傳感器、執(zhí)行器、控制器、企業(yè)和云之間，創(chuàng)建開放標(biāo)準(zhǔn)語義上下文數(shù)據(jù)連接通信解決方案，以滿足工業(yè)自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和流程自動(dòng)化的所有要求。OPC UA FX繼續(xù)取得快速進(jìn)展，將最基本的工業(yè)通信與主流計(jì)算數(shù)據(jù)概念進(jìn)行現(xiàn)代化，達(dá)到工業(yè)邊緣。OPC UA現(xiàn)場級通信(FLC)計(jì)劃目標(biāo)包括：
 
　　•安全可靠的通信
 
　　•供應(yīng)商、平臺(tái)和領(lǐng)域無關(guān)
 
　　•從傳感器到企業(yè)及其他領(lǐng)域的互操作性
 
　　OPC基金會(huì)生態(tài)系統(tǒng)是統(tǒng)一的，由工業(yè)、信息技術(shù)(IT)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和云組織組成，參與超過65個(gè)聯(lián)合工作組，專注于定義和實(shí)現(xiàn)從工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)上下文和語義數(shù)據(jù)模型，包括企業(yè)和云系統(tǒng)的傳感器/執(zhí)行器。
 
　　OPC基金會(huì)與清潔能源和智能制造創(chuàng)新研究所(CESMII)共同開發(fā)的全球可用UA云庫，使OPC UA信息模型在全球范圍內(nèi)的云端可用，為用戶提供查找和使用OPC模型的有效方法。這簡化了應(yīng)用程序工程，為語義數(shù)據(jù)模型提供了可靠的來源。
 
　　直接向企業(yè)領(lǐng)域溝通
 
　　傳統(tǒng)的嚴(yán)格的層級架構(gòu)正在讓位于一種反應(yīng)更迅速、更直接的模式，將制造帶入實(shí)時(shí)制造業(yè)務(wù)模式?，F(xiàn)場設(shè)備可以直接與應(yīng)用程序通信，包括歷史記錄、高級云分析、實(shí)時(shí)維護(hù)監(jiān)控和其他功能。這簡化了這些功能的應(yīng)用，并消除了第2級和第3級軟件成本、復(fù)雜性、性能拖累和持續(xù)的軟件維護(hù)。
 
　　原標(biāo)題：工業(yè)邊緣計(jì)算架構(gòu)的演變：從以太網(wǎng)IP到邊緣
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