工業(yè)邊緣計算架構的演變：從以太網(wǎng)IP到邊緣

　　終極工業(yè)邊緣計算設備感知和控制物理流程，運行本地程序，并與工業(yè)控制器、工廠運營、企業(yè)系統(tǒng)和云應用程序通信。這是實時閉環(huán)制造業(yè)務運營盈利和競爭力所必需的。
 

　　多年來，工業(yè)自動化架構的特點是，利用分布式計算提高性能、質量、可靠性、可用性、響應性并降低軟件維護成本，最終現(xiàn)場設備的計算量不斷增加。每一步的限制因素都是技術的成本、耐用性和可靠性。隨著商業(yè)、消費者和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術在日常生活中普遍存在以及低成本通信的進步，這種情況已經(jīng)發(fā)生了改變。智能手機是許多人的日常設備，其是集成了通信和顯示功能的堅固耐用、功能強大的計算機的明顯例子。
 

　　邊緣設備
 

　　邊緣計算的主要價值是在接近物理生產(chǎn)的地方執(zhí)行應用程序，以極低的延遲實現(xiàn)快速響應時間并捕獲實時數(shù)據(jù)。將更高級別的功能直接集成到這種新型的強大現(xiàn)場設備和工業(yè)控制器中，再加上實時事務處理業(yè)務系統(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，以滿足包括供應鏈、客戶服務、物流和互聯(lián)網(wǎng)商務在內(nèi)的商業(yè)功能的要求。中級軟件和計算機已經(jīng)達到了緩沖、同步、翻譯和精煉傳感器和控制器信息的目的，但也產(chǎn)生了大量中級計算機、重復數(shù)據(jù)庫、復雜的組態(tài)控制和昂貴且難以維護的軟件的脆弱系統(tǒng)。邊緣計算是在用戶或數(shù)據(jù)源的物理位置或附近進行的計算。邊緣的分布式功能包括優(yōu)化、專家系統(tǒng)和具有新型設備的人工智能。
 

　　邊緣設備類型
 

　　●支持遺留系統(tǒng)的邊緣網(wǎng)關
 

　　工業(yè)邊緣網(wǎng)關通常是運行中間件軟件的堅固耐用工業(yè)計算機，這些中間件軟件連接到PLC、驅動器和其他邊緣設備，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)關是利用已安裝的遺留控制和自動化擴展資本設備投資，來提供邊緣計算功能的理想選擇。
 

　　●邊緣工業(yè)計算平臺
 

　　堅固的邊緣計算平臺提供網(wǎng)關功能，以及許多其他功能，包括分布式控制、優(yōu)化、Web服務器、OPC UA服務器和客戶端、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，支持添加用標準編程語言，包括Python和JavaScript，編寫的用戶應用程序。
 

　　●智能/智能現(xiàn)場邊緣設備
 

　　智能/智能現(xiàn)場邊緣設備是一類新的智能現(xiàn)場設備，包括智能傳感器和執(zhí)行器，可直接與控制器、企業(yè)和云應用程序通信。這些設備集成了分布式控制功能，包括優(yōu)化、Web服務器、OPC UA服務器和客戶端、REST API和云通信(AWS、AZURE等)?；谟脩舻挠媱澱诙x基于這些概念的新架構，包括NAMUR開放架構(NOA)和開放過程自動化論壇(OPAF)標準。
 

　　以太網(wǎng)IP到邊緣
 

　　隨著單對以太網(wǎng)標準10BASE-T1的集成，工業(yè)邊緣正在進入主流計算和物聯(lián)網(wǎng)，使IP通信嵌入到終端現(xiàn)場設備，包括傳感器和執(zhí)行器，具有成本效益。支持工業(yè)控制和自動化的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡利用了大量生產(chǎn)的以太網(wǎng)基礎設施產(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、驅動器、電機啟動器和其他設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，將以太網(wǎng)引入危險地區(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。電流和電壓將受到限制，以對區(qū)域0和1/Div 1提供本質安全的解決方案。主要目標是在流程自動化領域采用成熟的技術和選項。
 

　　語義上下文數(shù)據(jù)連接
 

　　OPC基金會OPC UA FLC(現(xiàn)場級通信)計劃在傳感器、執(zhí)行器、控制器、企業(yè)和云之間，創(chuàng)建開放標準語義上下文數(shù)據(jù)連接通信解決方案，以滿足工業(yè)自動化、工廠自動化和流程自動化的所有要求。OPC UA FX繼續(xù)取得快速進展，將最基本的工業(yè)通信與主流計算數(shù)據(jù)概念進行現(xiàn)代化，達到工業(yè)邊緣。OPC UA現(xiàn)場級通信(FLC)計劃目標包括：
 

　　•安全可靠的通信
 

　　•供應商、平臺和領域無關
 

　　•從傳感器到企業(yè)及其他領域的互操作性
 

　　OPC基金會生態(tài)系統(tǒng)是統(tǒng)一的，由工業(yè)、信息技術(IT)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和云組織組成，參與超過65個聯(lián)合工作組，專注于定義和實現(xiàn)從工業(yè)領域設備的標準上下文和語義數(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)領域溝通
 

　　傳統(tǒng)的嚴格的層級架構正在讓位于一種反應更迅速、更直接的模式，將制造帶入實時制造業(yè)務模式。現(xiàn)場設備可以直接與應用程序通信，包括歷史記錄、高級云分析、實時維護監(jiān)控和其他功能。這簡化了這些功能的應用，并消除了第2級和第3級軟件成本、復雜性、性能拖累和持續(xù)的軟件維護。
 

　　原標題：工業(yè)邊緣計算架構的演變：從以太網(wǎng)IP到邊緣