工業(yè)4.0的進(jìn)程如火如荼，引發(fā)的新概念日益深入人心。越來(lái)越多的機(jī)器廠商和設(shè)備廠商持續(xù)密切地關(guān)注著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）。為了能充分利用接入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的工廠，必須將機(jī)器和設(shè)備接入云服務(wù)端，這就需要用到邊緣控制器。
繞不開(kāi)的邊緣計(jì)算
在介紹邊緣控制器之前，需要先了解邊緣計(jì)算。從圖1 工廠構(gòu)成的示意圖來(lái)看，未來(lái)工廠需要采集大量來(lái)自于過(guò)程控制的連續(xù)數(shù)據(jù)和來(lái)自工廠自動(dòng)化的離散數(shù)據(jù)。借助這些數(shù)據(jù)，將輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)工廠的ERP控制層對(duì)整個(gè)工廠的生產(chǎn)安排，能源消耗，質(zhì)量檢測(cè)，缺陷反饋，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)，提高效能。
圖1 工廠構(gòu)成示意圖
邊緣計(jì)算的出現(xiàn)基于云計(jì)算，可以說(shuō)邊緣計(jì)算就是運(yùn)營(yíng)技術(shù)（Operational Technology）中的云計(jì)算。相比于信息技術(shù)（IT）中的云計(jì)算，邊緣計(jì)算對(duì)實(shí)時(shí)性和安全性提出更高的要求。而邊緣控制器正是位于IT和OT之間的一個(gè)物理接口。
什么是邊緣控制器？
邊緣控制器，是將匯總數(shù)據(jù)發(fā)送到云端的硬件。這類硬件作為通往云端的最后一層物理實(shí)體，是機(jī)器層OT和云端IT解決方案的接口。其中OT包括用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程及事件的硬件和軟件。
圖2 邊緣控制器是OT和IT間的接口
三類邊緣控制器
根據(jù)不同的應(yīng)用和數(shù)據(jù)大小，OT層收集到的數(shù)據(jù)將以不同的方式被傳輸?shù)皆贫恕Ｘ惣尤R提供三類邊緣控制器來(lái)確保適合于不同控制情況的解決方案。
假設(shè)傳感器一個(gè)小時(shí)只接收一個(gè)信號(hào)直接發(fā)送到云端，如用于監(jiān)測(cè)輸油管道泄露的傳感器。這類控制對(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有要求，無(wú)需本地控制邏輯；而且，對(duì)維修團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)維護(hù)檢測(cè)油管的時(shí)間充足。針對(duì)這類應(yīng)用，一個(gè)貝加萊總線控制器就足以將無(wú)需預(yù)處理的I/O信號(hào)以加密方式經(jīng)由OPC UA傳送到云端，非常簡(jiǎn)單。
而在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，需要先匯總機(jī)器的各種數(shù)據(jù)。這樣做的好處在于：1，降低所需帶寬，減少云服務(wù)成本；2，提供足夠的緩沖，防止在相關(guān)錯(cuò)誤事件出現(xiàn)時(shí)造成數(shù)據(jù)丟失。針對(duì)該類應(yīng)用，則需要采用被稱為嵌入式邊緣控制器（Embedded Edge）的貝加萊標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)。
更復(fù)雜的情況是需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)測(cè)。大量的I/O數(shù)據(jù)在送往云端之前需要進(jìn)行預(yù)處理。針對(duì)這樣的控制任務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)的控制器不足以滿足要求。這時(shí)候需要采用由貝加萊Automation PC和綜合的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）構(gòu)成的邊界控制器。由于其強(qiáng)大的處理能力和存儲(chǔ)能力，配置了工業(yè)PC的便捷控制器相比前面兩種邊界控制器來(lái)說(shuō)，能夠執(zhí)行更高級(jí)的預(yù)處理和分析任務(wù)。而且，它還能進(jìn)行復(fù)雜的算法計(jì)算，如用于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的算法。
圖3 貝加萊推出三類邊緣控制器結(jié)構(gòu)，為不同情況提供合適的解決方案
邊緣控制器帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)
邊緣控制器并非貝加萊的某款產(chǎn)品，而是貝加萊為客戶提供的整套解決方案。一方面，多樣的選擇能夠幫助新建工廠滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IioT）的種種要求；另一方面，在與貝加萊Orange Box聯(lián)手后，也同樣能為老工廠提供完美的邊緣架構(gòu)。軟件與硬件靈活結(jié)合，現(xiàn)有的機(jī)器在連接Orange Box后也能被無(wú)縫集成到邊界架構(gòu)中。
在OT與IT融合的過(guò)程中，邊緣控制器的優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)：
>>能更好地滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的要求
>>實(shí)現(xiàn)企業(yè)區(qū)和制造區(qū)間的通信
>>分布式智能將數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎弥悄?br> >>機(jī)器靈活，可用性高，降低所需帶寬，縮短響應(yīng)時(shí)間
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)邊緣控制器的要求
>>工業(yè)計(jì)算要求數(shù)據(jù)源更可靠，因此對(duì)邊緣設(shè)備的要求也更高。高性能，堅(jiān)固耐用，適合嚴(yán)苛的環(huán)境條件。貝加萊推出的硬件產(chǎn)品能完美切合這些要求。一個(gè)控制器同時(shí)配備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和通用操作系統(tǒng)（GPOS），使用壽命長(zhǎng)
>>實(shí)現(xiàn)車間到云端的連接。通過(guò)本地和第三方現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)車間連接；通過(guò)SQL DB, OPC UA , MQTT完成與MES，ERP的連接；通過(guò)MQTT, OPC UA實(shí)現(xiàn)與云端的連接
圖4 開(kāi)放的架構(gòu)，第三方總線也能無(wú)縫集成
>>通過(guò)UCB-Server來(lái)處理和匯總數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)KPI進(jìn)行處理；對(duì)內(nèi)存，文件系統(tǒng)和GPOS數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，有效預(yù)防數(shù)據(jù)丟失；支持系統(tǒng)和用戶的雙重?cái)?shù)據(jù)記錄存檔，NoSQL-DB (Berkeley)用于存儲(chǔ)連續(xù)的信號(hào)和事件，SQL-DB (MySQL/ MariaDB)用于存儲(chǔ)用戶特定的數(shù)據(jù)；可通過(guò)REST API和SQL客戶端對(duì)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行訪問(wèn)
>>對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣分析。具有先進(jìn)的趨勢(shì)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫(kù)完全免維護(hù)，并通過(guò)壓縮技術(shù)來(lái)減少數(shù)據(jù)量；報(bào)警系統(tǒng)適合廣泛的事件和報(bào)警，包括元數(shù)據(jù)；嵌入式商業(yè)智能套件生成即時(shí)報(bào)表；通過(guò)控制性能監(jiān)控（CPM）對(duì)控制回路精度進(jìn)行永久性評(píng)估，提高控制回路效率；通過(guò)能源控制減少能耗；通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)降低維護(hù)成本；資產(chǎn)性能監(jiān)測(cè)對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)……
>>工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)安全的要求極高。通過(guò)每月更新和完成整的系統(tǒng)軟件測(cè)試，防止病毒軟件安裝；嵌入式的網(wǎng)絡(luò)安全可以強(qiáng)化系統(tǒng)，自動(dòng)預(yù)配置內(nèi)置防火墻，TLS加密；嵌入式遠(yuǎn)程針對(duì)和遠(yuǎn)程維護(hù)訪問(wèn)，無(wú)需專門的IT知識(shí)，就可通過(guò)拖放進(jìn)行配置
圖5 多層級(jí)確保IT安全
>>實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和毫秒級(jí)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的實(shí)時(shí)控制；機(jī)器協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理
>>針對(duì)多變量系統(tǒng)的先進(jìn)過(guò)程控制，對(duì)過(guò)程控制進(jìn)行復(fù)雜仿真
>>數(shù)據(jù)，報(bào)表可視化。基于mappVIEW的HMI應(yīng)用，不同的客戶化HMI內(nèi)容不需要進(jìn)行單獨(dú)編程，卻可按權(quán)限同步顯示在不同HMI上，操作的用戶彼此獨(dú)立，非常方便。例如，管理者的平板電腦上正在顯示KPI整體概況，而技術(shù)人員正在自己的筆記本電腦上修改機(jī)器設(shè)置。
圖6 貝加萊幫助客戶滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)邊緣控制器提出的要求