自從運(yùn)行人員與機(jī)械設(shè)備交互以來，工業(yè)“邊緣”和“邊緣控制”的概念就一直存在。邊緣控制可以是運(yùn)行人員通過手動(dòng)與設(shè)備交互，也可以通過硬接線連接執(zhí)行某些特定功能。更復(fù)雜的配置可能包括數(shù)字自動(dòng)化，通常利用可編程邏輯控制器(PLC)監(jiān)視位于邊緣的輸入傳感器，處理邏輯并輸出指令來控制邊緣設(shè)備。

　　新技術(shù)降低邊緣控制成本

　　既然邊緣控制概念已經(jīng)如此熟悉，那為何說它會獲得新的關(guān)注?傳統(tǒng)的邊緣控制所處的位置通常比較偏遠(yuǎn)，而且是孤立的，將邊緣資產(chǎn)相互連接或與更高級別的系統(tǒng)連接，既昂貴又復(fù)雜。

　　當(dāng)今的邊緣控制概念，既保留了前幾代技術(shù)所具有的強(qiáng)大的自動(dòng)化功能，同時(shí)又融合了最先進(jìn)的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，從而可以更經(jīng)濟(jì)、更方便的將邊緣資產(chǎn)連接到現(xiàn)場和基于云的系統(tǒng)。這種對邊緣數(shù)據(jù)的即時(shí)訪問，通常也被稱為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用。

　　智能傳感器、現(xiàn)代PLC和先進(jìn)的邊緣控制器或基于PC的平臺，是設(shè)計(jì)人員將物聯(lián)網(wǎng)概念融入系統(tǒng)的一些方式。具有IoT功能的PLC，可使自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和最終用戶能夠更輕松地訪問數(shù)據(jù)。

　　圖1： MQTT協(xié)議提供了一種全面而輕量級的方式，可用于傳感器和PLC等現(xiàn)場設(shè)備與基于云的集中代理以及其它客戶端(如移動(dòng)設(shè)備)進(jìn)行通信。圖片來源：Idec

　　連接傳感器和機(jī)器信息

　　由于用戶逐步認(rèn)識到需要訪問邊緣控制系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)，因此完全連接對他們很重要。這些數(shù)據(jù)可以是傳感器信號、機(jī)器信息或其它數(shù)值——也許僅用于在遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)簡單的可視化。當(dāng)可以通過云計(jì)算存儲和分析數(shù)據(jù)時(shí)，就會釋放出更多對運(yùn)營有價(jià)值的信息，用戶可以據(jù)此采取行動(dòng)來優(yōu)化運(yùn)營。

　　對于新的工業(yè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)人員必須選擇具有內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)連接的自動(dòng)化平臺，即使他們不會立即使用它。而另一些最終用戶則通過升級現(xiàn)有資產(chǎn)來獲得物聯(lián)網(wǎng)功能。

　　設(shè)計(jì)人員可能會考慮結(jié)合PC硬件和軟件，或具有某種通用計(jì)算能力的更專業(yè)的邊緣控制器，以創(chuàng)建支持物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)。這些選項(xiàng)可以提供更強(qiáng)大的計(jì)算能力和功能，但在實(shí)施成本和工作量方面可能會有很大的變化。而在很多情況下，它的應(yīng)用并不是十拿九穩(wěn)會獲得成功的。

　　這就是為什么現(xiàn)代 PLC 經(jīng)常占據(jù)自動(dòng)化設(shè)備的重要位置，因?yàn)樗粌H能夠充當(dāng)實(shí)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺，同時(shí)還能用作邊緣控制器。作為一種成熟且常見的自動(dòng)化技術(shù)，PLC已經(jīng)成為大多數(shù)工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目的首選解決方案。

　　PLC還非常適合訪問、整合和傳輸邊緣數(shù)據(jù)。因?yàn)樗鼈兪强刂破?，它們可以做的不僅僅是移動(dòng)數(shù)據(jù)，還可以直接對其采取行動(dòng)，或者向更高級別的系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收來自更高級別系統(tǒng)的指示。一些關(guān)鍵功能可將 PLC 轉(zhuǎn)變?yōu)橹С治锫?lián)網(wǎng)的邊緣控制器。

　　現(xiàn)代PLC的5個(gè)IIoT邊緣功能

　　現(xiàn)代PLC定位于邊緣安裝，這是它們可以收集最有用信息的地方。PLC可以通過以下功能，發(fā)揮邊緣控制器的作用：

　　● 現(xiàn)場和網(wǎng)絡(luò)的連接;

　　● 板載數(shù)據(jù)記錄以支持存儲和轉(zhuǎn)發(fā)操作;

　　● 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能;

　　● 支持云通信協(xié)議，如消息隊(duì)列遙測傳輸(MQTT);

　　● 配置簡單，支持雙向通信。

　　即使是最基本的PLC，也能通過有線輸入/輸出(I/O)信號與現(xiàn)場設(shè)備交互?，F(xiàn)在，大多數(shù)PLC還集成了串行和以太網(wǎng)連接，提供與各種智能現(xiàn)場設(shè)備接口的能力。

　　除了這些基本要素，用于邊緣控制的PLC應(yīng)包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如EtherNet/IP、Modbus TCP和RTU以及BACnet/IP，以確保它可以與眾多I/O系統(tǒng)和其它智能邊緣設(shè)備通信。更專業(yè)的協(xié)議(如SAEJ1939)可以使PLC可以與車輛和重型設(shè)備通訊。

　　某些功能可以使用戶更輕松地與PLC交互。例如，本地?zé)o線藍(lán)牙連接，以及使用移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行配置和監(jiān)控，使用戶可以方便地訪問、監(jiān)控和調(diào)整現(xiàn)代PLC。機(jī)載數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能和文件傳輸協(xié)議(FTP)通信，可以為用戶提供遠(yuǎn)程訪問功能。

　　邊緣控制器的一個(gè)基礎(chǔ)功能是要通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給位于站點(diǎn)或云托管的系統(tǒng)。這方面有各種通信協(xié)議，但在制造行業(yè)傾向于采用MQTT協(xié)議來完成這一任務(wù)。

　　傳統(tǒng)的工業(yè)通信協(xié)議通常是輪詢和響應(yīng)類型，用戶需要在源和目標(biāo)中仔細(xì)安排數(shù)據(jù)陣列。設(shè)置和維護(hù)此類配置需要大量的編程管理，并且無論底層數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化，基于時(shí)間的輪詢都會消耗通信資源。

　　圖2：MQTT使PLC和其它智能現(xiàn)場設(shè)備，能夠通過基于云的服務(wù)與移動(dòng)用戶、監(jiān)控系統(tǒng)和分析應(yīng)用進(jìn)行交互。

　　MQTT使用一種稱為發(fā)布和訂閱的不同安排，非常適合 IoT 應(yīng)用。在這種架構(gòu)中，有一個(gè)集中式代理，可以在現(xiàn)場或云托管，并且有一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程客戶端。用戶可以通過多種方式創(chuàng)建代理。

　　支持MQTT的PLC是許多自動(dòng)化應(yīng)用的理想選擇。PLC可配置為MQTT訂閱者，以接收來自監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并執(zhí)行用戶命令并直接控制現(xiàn)場設(shè)備。MQTT使PLC和其它智能現(xiàn)場設(shè)備，能夠通過基于云的服務(wù)與移動(dòng)用戶、監(jiān)控系統(tǒng)和分析應(yīng)用進(jìn)行交互。

　　出于多種原因，工業(yè)機(jī)械的原始設(shè)備制造商(OEM)正在轉(zhuǎn)向支持MQTT的PLC。這些OEM廠商已經(jīng)將PLC用于許多機(jī)器自動(dòng)化需求，因此從技術(shù)和成本的角度來看，指定支持MQTT的PLC和面向未來的類似系統(tǒng)只是再向前邁出一小步。

　　基于一些特定的業(yè)務(wù)需求，很多OEM廠商需要采用物聯(lián)網(wǎng)。許多是租賃機(jī)器，需要監(jiān)控機(jī)器的功能和使用情況。一些廠商以正常運(yùn)行時(shí)間或機(jī)器產(chǎn)出作為評估租賃價(jià)格的基礎(chǔ)，或者利用遠(yuǎn)程連接來銷售更多支持服務(wù)或產(chǎn)品。它們需要一個(gè)符合商業(yè)模式和技能組合的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。而為中小型系統(tǒng)集成基于PC或相對復(fù)雜的邊緣控制器，通常是不現(xiàn)實(shí)的。

　　對于許多中小型規(guī)模的用戶來說，最好采用開箱即用的、支持物聯(lián)網(wǎng)的PLC來實(shí)施邊緣控制。支持MQTT的PLC與AWS IoT Core等云服務(wù)相結(jié)合，有助于將現(xiàn)代實(shí)踐與傳統(tǒng)自動(dòng)化相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)最佳效果。(作者：Don Pham)