边缘自动化平台的九个要素

本文图片来源：艾默生

为了帮助企业快速可靠地构建边缘解决方案，工业自动化的设计人员可以利用经过验证的软、硬件平台来改进操作。

长期以来，与为消费品领域开发的技术相比，制造业领域一直被认为是落后的，这已经不是什么秘密了。在很大程度上，这种模式是有意为之，因为工业应用所需要的、经过验证的关键任务自动化和控制性能，要比典型消费者所优先考虑的便利性和功能更重要。边缘计算和其它在边缘应用的先进自动化功能，正为制造企业的数字化转型添砖加瓦。

近年来，用户越来越意识到可用的自动化软、硬件种类越来越多。虽然不断发展的技术和更灵活的架构通常使设计师更容易将数字化转型应用于现有和新的运营技术（OT）控制和监控系统，但选择太多有时并不是好事，会导致一次性、不可重复的实施。

最终用户、原始设备制造商（OEM）及其系统集成商支持团队正在探索生产制造现场和设备的边缘应用机会，并提出以下问题：

■ 边缘技术和工业物联网（IIoT）对实际收益意味着什么？

■ 如何开始更新老旧系统并推出新项目，同时确保为未来的投资和工作做好准备？

■ 考虑到信息技术（IT）必要的连接量，解决网络安全问题的最佳方式是什么？

了解边缘自动化可以实现什么功能，并开发出合理的数字化转型方法，是回答这些问题的第一步。

01 工业边缘计算的优势

工业边缘应用变得越来越普遍，不是因为它们时髦，而是因为它们是访问数据所必需的。用户认识到自动化系统数据的数量和价值，这些数据之前可能因物理隔离、缺乏集成和非数字化而成为数据孤岛。

边缘技术提供了解放这些数据的途径：访问数据，在本地提供见解，或在站点内或云中传输这些数据，以进行更广泛的分析，从而获得更多可操作的见解。仅仅获取数据是不够的，分析对于深入了解如何提高效率、安全性和正常运行时间至关重要（图1）。

▲图1:艾默生为用户提供了灵活的方式来连接所有类型的边缘数据源，在内部实现IIoT和分析，并提供本地或远程可视化，同时还为未来预留边缘和云之间的连接。

02 日益丰富的工业边缘设备类型

诸多不同的产品构成了工业边缘设备（如图2所示），包括：

■ 智能传感器和更智能的现场网络设备；

■ 网关和其它小型计算设备，可以安装在传统和现有系统之上；

■ 可编程逻辑控制器（PLC），用于具有现代连接的确定性控制；

■ 边缘控制器，结合边缘分析实现确定性控制；

■ 工业PC，可以在边缘附近执行更广泛的通信和分析计算；

■ 现场和远程/移动人机界面（HMI）；

■ 软件平台，用于连接制造厂内的边缘设备和云以及两者之间的一切设备。

▲图2：丰富的自动化和边缘产品组合可以帮助开发人员专注于应用而不是集成，因此他们可以快速可靠地创建所有类型的解决方案。

对于自动化设计师来说，有时选择太多反而导致选择满足当前和未来需求的技术成为一项挑战。

03 为未来做好准备的工业自动化

工业自动化设计人员的首要目标是提供安全有效的设备。然而，访问设备中包含的丰富信息并根据这些信息采取行动变得同样重要，这意味着设计人员必须考虑超越传统的自动化元素。

有些用户可能还没有准备好完全投入到边缘设备的实施。然而，从一开始就添加或内置可扩展的边缘技术是重要而实用的，这样系统可以在用户准备好后立即从IIoT受益优势。当开发人员考察各种选择时，会发现在诸多供应商中，有些供应商只提供商业级、而不是工业级边缘技术。

不幸的是，将来自多个厂商的软、硬件组装成一个有凝聚力的系统往往需要大量的研究和测试工作，这会带来额外的风险。创建自定义的边缘方案，面临的一些首要问题包括性能局限、缺乏可扩展性和未来支持的问题以及缺乏网络安全。

另一方面，考虑到自动化和边缘实施的可能用例数不胜数，如今没有人会不切实际地期望购买一个完全为特定需求量身定制的一体化软件包，只需点击几下就可以实现开箱即用。

04 边缘自动化平台的九个要素

相反，用户希望通过寻找具有以下九个要素的全面自动化和边缘平台来加快他们的工作：

■ 与软件紧密集成和协调的硬件；

■ 不同层级控制和计算功能的可扩展性和灵活性；

■ 为常见用例提供集成的硬件/软件解决方案；

■ 可用于精益制造和能源监控等基本任务的方便易用的软件模块；

■ 一致的开发环境，在扩展解决方案时无需返工；

■ 支持多种协议和编程语言，具有强大的库功能；

■ 从单台机器到整个制造工厂的可扩展性；

■ 内置网络安全；

■ 在软件和硬件层面均达到工业级标准，而不仅仅是对商业技术的改造。

随着应用和需求的广泛变化，证明能够提供这些功能的产品组合对工业自动化设计和开发人员来说是一个巨大的优势。让我们通过下面这个实际项目，来看看它是如何开展工作的。

05 全自动的CIP/SIP撬装监控

现场清洁（CIP）和现场消毒（SIP）工艺用于食品和饮料、生命科学以及其它制造和生产应用。CIP/SIP使用水（通常在高温下）和化学物质，包括苛性碱和酸，冲洗管道、阀门、容器和设备的固定装置，以确能够对系统进行清洁、消毒和灭菌。正确的CIP/SIP运行可以消除批次间的交叉污染，并保持卫生合规，以维护产品质量并降低对消费者的风险。

即使是功能正常的CIP/SIP系统也会消耗大量的工厂资源。在某些情况下，所用的水、蒸汽、电力和化学品等，可能会占总消耗资源的30%。处理不当的CIP/SIP运行，可能会导致运行时间过长并浪费资源。低效的设计也会增加劳动力需求，并在转换过程中造成生产停工。

在其它情况下，流程中有大量的手动步骤，可能会导致系统和人为错误。出于这些原因和更多其它原因，许多公司正在从手动CIP/SIP系统转向全自动运行，利用工业级传感器、分析仪、阀门、电机控制、PLC和HMI，来帮助确保运营的平稳。

使用边缘技术构建CIP/SIP自动化系统可以实现全面的优化，从而可以获得更多收益。其中包括自动运行报告、符合卫生标准的验证、偏差标记以及通过分析并根据见解采取行动来追求最佳工况下的“黄金周期”，以最大限度地减少运行时间和公用设施的使用。

虽然一些CIP/SIP集成商已经从头开始创建自己的边缘解决方案，但现在可以从供应商那里选择完整的解决方案，从而可以节省大量时间和成本。这类解决方案建立在协调的边缘产品组合之上，可以满足行业需求。

06 采用边缘软件和控制器降低成本

CIP分析解决方案可以改装到现有的CIP/SIP撬装上，也可以构建到新的设计中。该解决方案适用于传统或智能仪表，如压力/流量/温度变送器和电导率分析仪。它还集成了智能阀和电磁阀歧管，以监控运行和性能。

该解决方案使用边缘软件平台。它可以在边缘控制器或工业PC上运行，并利用IT和OT通信标准和协议。使用一个经验证且可互操作的平台，用户可以从快速部署和丰富功能中获益（图3）。

▲图3：艾默生的CIP分析是一个基于PACSystems边缘控制器和工业PC的解决方案，使用艾默生PACEdge软件。

先进的CIP分析解决方案使运营人员和工程师能够可视化和监控性能，执行基准测试并报告公用事业消耗。根据建模数据，该解决方案平均可以减少30%以上的用水量，同时将以前用于管理手动和半自动系统、优化运行性能和效率的时间减少20%。

07 改善自动化和数据分析的机会

最终用户、OEM厂商和系统集成商正在利用灵活的数据访问和分析来改进自动化系统。边缘技术对于实现这些功能至关重要，但有太多的选择需要考虑，很难从众多选项中确定最终选择。

选择一个经过验证和协调的硬件和软件平台，使开发工作能够专注于应用而不是集成，无疑是一个更高效的解决方案。这种方法提供了一种快速且可靠的方式来创造整体价值。

用户应寻找一个包含确定性控制、边缘计算、可视化、分析以及站点和云连接的投资组合。这使设计人员可以最大限度地减少设计工作量，最大限度地提高工作的可重用性，同时使工业应用具有灵活性并能经得起未来的考验。