如何選擇適合的“邊緣計(jì)算平臺(tái)”？

通過(guò)在完整的邊緣平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，最終用戶(hù)簡(jiǎn)化了邊緣軟件和硬件的交付、開(kāi)發(fā)、部署和支持過(guò)程，同時(shí)優(yōu)化了運(yùn)營(yíng)。

當(dāng)涉及到工業(yè)自動(dòng)化時(shí)，“邊緣”通常是指“前沿”技術(shù)，但這個(gè)簡(jiǎn)單術(shù)語(yǔ)包含許多元素。邊緣可以被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)物理特性的儀器、自動(dòng)化設(shè)備的控制器、執(zhí)行計(jì)算的處理器等等。當(dāng)然，邊緣也涉及所有這些元素之間的連接，并支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應(yīng)用。

在工業(yè)自動(dòng)化和IIoT的背景下，用戶(hù)應(yīng)當(dāng)注意過(guò)于狹窄的定義。在實(shí)施之前，用戶(hù)應(yīng)該規(guī)劃出一個(gè)完整的對(duì)邊緣平臺(tái)的期望。平臺(tái)不僅僅是一個(gè)硬件（例如邊緣計(jì)算機(jī)），而是包括一系列硬件、軟件以及廣泛的連接和網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)。邊緣平臺(tái)應(yīng)提供具有兼容性和可擴(kuò)展性的解決方案，并提供便利的交付、開(kāi)發(fā)、部署和支持。

盡管任何邊緣應(yīng)用都是由一個(gè)或多個(gè)“物”創(chuàng)建的，但重要的是不僅要關(guān)注每個(gè)元素的功能，還要關(guān)注所有元素的互操作性。事實(shí)上，出于可擴(kuò)展的目的，安全地連接許多邊緣硬件和軟件并開(kāi)展計(jì)算變得至關(guān)重要。設(shè)計(jì)者必須對(duì)邊緣平臺(tái)進(jìn)行綜合考量，以滿(mǎn)足技術(shù)性能和可維護(hù)性的需求。

01

邊緣計(jì)算平臺(tái)的四個(gè)構(gòu)建塊

幾十年來(lái)，工業(yè)邊緣（物理信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的地方）由可編程邏輯控制器（PLC）和可編程自動(dòng)化控制器（PAC）組成。這些系統(tǒng)與人機(jī)界面（HMI）和監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）圖形結(jié)合使用，以提供可視化。在這里，可以對(duì)有限類(lèi)型、有限數(shù)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以支持使用這些系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)。多年來(lái)，盡管處理能力、網(wǎng)絡(luò)方法和通信協(xié)議大大改善了這種情況，但可能性仍然受到限制。

現(xiàn)代邊緣平臺(tái)的特點(diǎn)是許多硬件設(shè)備運(yùn)行多種軟件，所有這些設(shè)備都在保證網(wǎng)絡(luò)安全的情況下，以可訪(fǎng)問(wèn)的方式廣泛通信（圖1）。邊緣平臺(tái)通常包括四個(gè)構(gòu)建塊：硬件、軟件、通信和網(wǎng)絡(luò)安全。這些部件將運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）資產(chǎn)與信息技術(shù)（IT）資源連接起來(lái)。

▲圖1：邊緣應(yīng)用最好建立在硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的成熟平臺(tái)上，這樣用戶(hù)可以輕松連接眾多OT設(shè)備和系統(tǒng)，并將其與IT資源無(wú)縫連接。

■邊緣應(yīng)用的硬件，可能包括多年前已經(jīng)應(yīng)用的PLC/PAC。如果需要控制，更好的選擇是使用更現(xiàn)代的邊緣控制器。邊緣控制器像PLC一樣運(yùn)行，執(zhí)行確定性實(shí)時(shí)控制，但包括一個(gè)通用計(jì)算系統(tǒng)，使其適用于執(zhí)行多種計(jì)算、分析和IIoT任務(wù)。

每個(gè)硬件選項(xiàng)都適合特定的應(yīng)用需求。一些基本設(shè)施可能只需要邊緣網(wǎng)關(guān)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而復(fù)雜的計(jì)算應(yīng)用則需要更強(qiáng)大的工業(yè)PC。

■軟件使所選的硬件能夠執(zhí)行其預(yù)期的控制和計(jì)算功能。這包括預(yù)處理數(shù)據(jù)、聚合數(shù)據(jù)、為數(shù)據(jù)添加情境信息、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以及將信息轉(zhuǎn)發(fā)到其它系統(tǒng)，通常是更高級(jí)別的現(xiàn)場(chǎng)或基于云的資源。

除了基于瀏覽器或移動(dòng)顯示器和儀表板外，還需要軟件通過(guò)HMI和SCADA圖形來(lái)支持本地和遠(yuǎn)程可視化（圖2）。軟件應(yīng)遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并提供開(kāi)放和可擴(kuò)展的環(huán)境。然而，軟件環(huán)境的易用性同樣重要，只有這樣部署和支持才能獲得成功。

▲圖2：艾默生 Movicon WebHMI等支持現(xiàn)代邊緣功能的HMI/SCADA軟件，提供了一個(gè)開(kāi)放和可擴(kuò)展的環(huán)境，支持所有類(lèi)型的本地和遠(yuǎn)程可視化。

■通信涉及硬件和軟件，并具有獨(dú)特的要求，這取決于所連接的是OT還是IT資產(chǎn)。常見(jiàn)的OT協(xié)議包括EtherNet/IP、Profinet和Modbus TCP以及許多其它選項(xiàng)，包括仍在使用的經(jīng)典的串行通信。IT協(xié)議包括OPC UA和消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）。邊緣設(shè)備必須精通OT和IT協(xié)議，并在兩者之間無(wú)縫提供數(shù)據(jù)交換。

■網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題是伴隨著互聯(lián)互通和可訪(fǎng)問(wèn)性的擴(kuò)大而產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備幾乎沒(méi)有安全措施。相比之下，現(xiàn)代設(shè)備必須包括最新的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，并且易于維護(hù)和更新補(bǔ)丁。邊緣設(shè)備管理應(yīng)該很少需要管理員的介入。

02

組裝vs.采購(gòu)邊緣平臺(tái)？

硬件、軟件、通信和網(wǎng)絡(luò)安全的每一個(gè)部件，都可以通過(guò)采購(gòu)或組裝實(shí)現(xiàn)，程度不同而已。然而，這種定制方法會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，包括項(xiàng)目工期延長(zhǎng)。四個(gè)最常見(jiàn)的問(wèn)題包括：

■花費(fèi)時(shí)間和精力評(píng)估潛在產(chǎn)品，并確保其具有必要的工業(yè)級(jí)性能。

■確保硬件產(chǎn)品之間的連接性，以及它們必須與之交互的OT和IT資源。

■確保應(yīng)用程序和選定操作系統(tǒng)之間的安全兼容性。

■調(diào)查未來(lái)的可擴(kuò)展性和支持。

最終用戶(hù)、機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商更愿意將精力集中在開(kāi)發(fā)有價(jià)值的應(yīng)用上，而不是調(diào)查支撐應(yīng)用的所有要素的適用性。出于這些以及其它原因，從邊緣解決方案組合中選擇適合的產(chǎn)品（其中一些產(chǎn)品以即用型硬件/軟件組合的形式提供）通常對(duì)邊緣設(shè)施更有意義。

03

工業(yè)邊緣平臺(tái)的五個(gè)關(guān)鍵特性

一個(gè)完整的工業(yè)邊緣平臺(tái)為構(gòu)建邊緣解決方案提供了基本要素，從最小的機(jī)器上或工廠(chǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)收集項(xiàng)目，到大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)集成。這種標(biāo)準(zhǔn)化為開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了信心：每個(gè)項(xiàng)目在部署時(shí)都將正常運(yùn)行，能成功擴(kuò)展并與未來(lái)的邊緣計(jì)劃集成（圖3）。

▲圖3：邊緣平臺(tái)可以提供一系列完整、協(xié)調(diào)的硬件和軟件元素，并可作為通用應(yīng)用（如可視化、邊緣計(jì)算、邊緣控制、分析和SCADA）的優(yōu)化解決方案，從而支持成功的IIoT項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

對(duì)于工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)考慮具有以下五個(gè)特性的邊緣平臺(tái)：

■硬件具有可擴(kuò)展性和兼容性，從小型PLC到中型/大型PAC，再到邊緣控制器、網(wǎng)關(guān)和IPC。

■實(shí)時(shí)確定性軟件引擎，實(shí)現(xiàn)PLC、PAC和邊緣控制器之間的控制邏輯可移植性。

■通用開(kāi)放和可擴(kuò)展的IIoT、可視化和分析軟件，能夠在邊緣控制器和IPC上運(yùn)行。

■支持許多關(guān)鍵的OT和IT協(xié)議，并能夠添加更多協(xié)議。

■提供優(yōu)化和預(yù)許可的邊緣硬件/軟件解決方案包，以簡(jiǎn)化常見(jiàn)工業(yè)部署，包括HMI、邊緣計(jì)算、邊緣控制、邊緣分析和SCADA系統(tǒng)。

雖然現(xiàn)代工業(yè)邊緣和IIoT具有開(kāi)放性，但一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的平臺(tái)為這類(lèi)項(xiàng)目帶來(lái)的幫助是顯而易見(jiàn)的。邊緣平臺(tái)使用戶(hù)能夠在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，并為手頭的項(xiàng)目釋放創(chuàng)造力，而不是將精力花費(fèi)在產(chǎn)品研究和測(cè)試上。這還有一個(gè)好處，就是盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，這樣開(kāi)發(fā)人員就可以盡快解決，從而縮短整個(gè)項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間，加快上市速度。

04

擁抱完整的邊緣系統(tǒng)

最終用戶(hù)、原始設(shè)備制造商（OEM）和支持他們的系統(tǒng)集成商，正在越來(lái)越多地為各種可視化、分析和IIoT項(xiàng)目實(shí)施邊緣技術(shù)。雖然實(shí)施這些項(xiàng)目有許多硬件和軟件產(chǎn)品可供選擇，但對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，確保兼容性、性能和安全性的正確組合,是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

幸運(yùn)的是，那些提供適用于完整工業(yè)邊緣平臺(tái)的公司有多種選擇。這減輕了定制方法所帶來(lái)的壓力，定制方案中零部件是逐件選擇和測(cè)試的。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)完整的邊緣平臺(tái)，開(kāi)發(fā)人員可以集中精力優(yōu)化應(yīng)用，同時(shí)最大限度地縮短交付、開(kāi)發(fā)、部署和支持過(guò)程。

關(guān)鍵概念：

■ 邊緣計(jì)算平臺(tái)的組件需要很好地協(xié)同工作。

■網(wǎng)絡(luò)安全、硬件、軟件和通信是邊緣計(jì)算平臺(tái)的關(guān)鍵方面。

■邊緣設(shè)備管理應(yīng)該很少需要管理員的介入。

思考一下：

您是集成邊緣設(shè)備，還是使用邊緣計(jì)算平臺(tái)？