在云連接的工廠中，邊緣計(jì)算具有許多優(yōu)點(diǎn)。利用就地控制器采集過程數(shù)據(jù)，并在將其發(fā)送到云端之前進(jìn)行分析，工程師可以在人機(jī)界面（HMI）上將生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、監(jiān)控機(jī)器運(yùn)行狀況、調(diào)度預(yù)測(cè)性維護(hù)以及最小化數(shù)據(jù)上載成本。邊緣計(jì)算還嚴(yán)重依賴于網(wǎng)絡(luò)、軟件、算法和通信協(xié)議，例如消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）、高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議（AMQP）或OPC 統(tǒng)一架構(gòu)（UA）。

控制器硬件是邊緣計(jì)算中經(jīng)常被忽視的一個(gè)因素。雖然邊緣計(jì)算能否成功，受到諸多因素的影響，但在某種程度上應(yīng)用是否可行取決于硬件。安裝高質(zhì)量的、基于PC 的控制器非常重要，它們可以處理在設(shè)計(jì)和調(diào)試新的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）機(jī)器時(shí)至關(guān)重要的高級(jí)數(shù)據(jù)采集、處理和云通信任務(wù)。在改造具有邊緣計(jì)算功能的傳統(tǒng)設(shè)備時(shí)，開放的、基于PC 的硬件更為重要，傳統(tǒng)的設(shè)備往往需要額外的步驟來(lái)獲取工廠數(shù)據(jù)。

因此，在選擇合適的邊緣計(jì)算設(shè)備時(shí)，需要考慮的關(guān)鍵因素包括：

? 設(shè)備能夠安裝在狹窄的控制柜中；

? 外殼材料的質(zhì)量；

? 處理能力；

? 在CPU 核之間分配任務(wù)的能力。

合適的硬件，也可能因應(yīng)用而異。了解可用選項(xiàng)，是確保成功實(shí)施邊緣計(jì)算項(xiàng)目的第一步。

處理能力和定制

用于邊緣計(jì)算的控制器，必須能夠處理大量數(shù)據(jù)，同時(shí)還能完成其它自動(dòng)化任務(wù)?，F(xiàn)在的工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC），可提供多層次的處理能力和內(nèi)存，確保每種應(yīng)用和價(jià)位都有適當(dāng)?shù)挠布PC 應(yīng)提供靈活性，以便定制如何使用可用的處理器內(nèi)核。

圖1 ：除了滿足邊緣計(jì)算需求之外，超緊湊的IPC 還可以簡(jiǎn)單地用作附加網(wǎng)關(guān)設(shè)備或執(zhí)行機(jī)器控制。本文圖片來(lái)源：倍福

邊緣計(jì)算設(shè)備通常可以采用從單核到4核的各種處理器， 速度從400 MHz 到1.6GHz 不等。多核IPC 和嵌入式計(jì)算機(jī)具有更高級(jí)的選項(xiàng)，4 到40 個(gè)內(nèi)核，速度為2.2GHz。

在審查這些規(guī)格時(shí)，選擇合適的自動(dòng)化軟件也很重要，以便用戶將特定任務(wù)分配給某個(gè)內(nèi)核，并使CPU 以最高效率運(yùn)行。這還能確保IPC 可以在同一個(gè)設(shè)備上執(zhí)行多任務(wù)并容納更多功能。例如，利用4 核CPU，在核0 上運(yùn)行可編程邏輯控制器（PLC），核1 上運(yùn)行運(yùn)動(dòng)控制， 在核2 上運(yùn)行HMI，這樣，工程師就可以在核3 上運(yùn)行邊緣計(jì)算活動(dòng)。

就地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和RAM 功能也規(guī)格各異。一些IPC 可以提供從512 MB 微型SD 卡到960 GB 的固態(tài)硬盤驅(qū)動(dòng)器，還可選擇在需要時(shí)添加第二個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備以獲得更大的空間，以及從1 GB 到64 GB 不等的DDR4 RAM。另一方面，功能更強(qiáng)大的IPC 可提供高達(dá)1 TB的DDR4-RAM EEC 或者在3.5 英寸的硬盤上提供4 TB 甚至更大的存儲(chǔ)容量。與處理能力一樣，特定應(yīng)用決定所需的存儲(chǔ)量。例如，具有先進(jìn)視覺系統(tǒng)的尖端裝置需要更多的內(nèi)存和處理能力，而不太復(fù)雜的項(xiàng)目則不需要。

在新建的邊緣計(jì)算應(yīng)用中， IPC 可能會(huì)控制機(jī)器、生產(chǎn)線，并根據(jù)實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和校正。在改建裝置中，實(shí)現(xiàn)這種級(jí)別的控制需要進(jìn)行升級(jí)，對(duì)于希望收集和利用更多過程數(shù)據(jù)的工程師來(lái)說，這并沒有太大的吸引力。如果沒有淘汰更換政策，IPC可以輕松地從傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線和 PLC 收集數(shù)據(jù)，使用高級(jí)算法對(duì)其進(jìn)行過濾和分析，并將所需信息發(fā)送到云端。

外形和材料選擇

邊緣設(shè)備必須適合于工廠環(huán)境和外殼。根據(jù)所制造產(chǎn)品的不同，生產(chǎn)環(huán)境可能非常熱，也可能非常冷，現(xiàn)有控制柜通常無(wú)法容納更多熱量。采用外形緊湊的IPC 和嵌入式計(jì)算機(jī)，可以承受極端溫度并支持多種應(yīng)用類型。

圖2 ：IPC 提供了不同的處理能力、各異的外形尺寸，具有機(jī)柜安裝和DIN 導(dǎo)軌安裝選項(xiàng)，適用于各種邊緣計(jì)算應(yīng)用。

例如，帶有堅(jiān)固金屬外殼的IPC 可以集成到各種空間中，可選擇機(jī)柜安裝或DIN 導(dǎo)軌安裝。堅(jiān)固耐用的金屬結(jié)構(gòu)，確保其可以在更多的工廠環(huán)境中使用，如果配備合適的散熱器或風(fēng)扇時(shí)，它還可以最大限度地降低外殼過熱的風(fēng)險(xiǎn)。此外，選擇適當(dāng)?shù)奶幚砥鬟€可以最大限度地降低高溫帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。多種連接器端口，如千兆以太網(wǎng)、USB 2.0 和3.0，DisplayPort（視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)連接器標(biāo)準(zhǔn)），以及可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器和RAM，使這些IPC 成為優(yōu)秀的邊緣設(shè)備，可用于需要最高性能的新應(yīng)用以及需要邊緣功能的現(xiàn)有系統(tǒng)。

在實(shí)施新的控制系統(tǒng)時(shí)，嵌入式計(jì)算機(jī)還提供了其它好處。這些DIN 導(dǎo)軌安裝的控制器，可直接連接到控制柜中的輸入/ 輸出（I /O）模塊，進(jìn)一步減少所需的硬件空間和布線要求。配置了工業(yè)級(jí)塑料或金屬外殼的嵌入式PC，運(yùn)行時(shí)具有最小的散熱量，運(yùn)行溫度可高達(dá)50℃，低至-25℃。

對(duì)于希望升級(jí)或?qū)嵤┬碌幕赑C 的控制系統(tǒng)的工程師來(lái)說，投資改造機(jī)柜所需的最小努力是值得的。然而， 對(duì)于那些希望增加數(shù)據(jù)采集和分析功能的人來(lái)說，如果無(wú)法對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行根本性改變，則可以通過IPC 提供一個(gè)具有多種選擇的解決方案，以近乎即插即用的方式滿足應(yīng)用需求。

圖3 ：嵌入式計(jì)算機(jī)直接連接到I/O模塊，可提供出色的邊緣計(jì)算選項(xiàng)，來(lái)控制機(jī)器和系統(tǒng)、分析數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)從邊緣發(fā)送到云端。

認(rèn)證和軟件協(xié)助

要確保工程師努力的方向正確，需要及時(shí)檢查硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)因素，但他們可能會(huì)遇到相似的選項(xiàng)，難于抉擇。此時(shí)， 檢查產(chǎn)品認(rèn)證和軟件功能，也許可以打破僵局。

根據(jù)所用云服務(wù)的不同， 經(jīng)微軟Azure 認(rèn)證的IPC 或經(jīng)亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS）認(rèn)證的控制器，可以提供更好的選擇。具有多個(gè)認(rèn)證的控制器，旨在確保云服務(wù)發(fā)生變化時(shí)，工程師無(wú)需對(duì)硬件進(jìn)行更改?；赑C 的控制器非常適合公共和私有云系統(tǒng)。

此外， 基于PC 的控制器為邊緣計(jì)算應(yīng)用提供最佳的操作系統(tǒng)和處理能力。工程師應(yīng)確保任何邊緣設(shè)備都支持微軟的Win 10 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，并且能夠應(yīng)對(duì)未來(lái)可能的升級(jí)。邊緣計(jì)算的目標(biāo)是未來(lái)的持續(xù)改進(jìn)。通過選擇合適的軟件和硬件，成功實(shí)施邊緣計(jì)算可以提高機(jī)器性能，減少停機(jī)時(shí)間，提高產(chǎn)量，并盡可能確保工廠的高效和競(jìng)爭(zhēng)力。