本文圖片來源：艾默生

為了幫助企業(yè)快速可靠地構(gòu)建邊緣解決方案，工業(yè)自動化的設(shè)計人員可以利用經(jīng)過驗證的軟、硬件平臺來改進(jìn)操作。

長期以來，與為消費(fèi)品領(lǐng)域開發(fā)的技術(shù)相比，制造業(yè)領(lǐng)域一直被認(rèn)為是落后的，這已經(jīng)不是什么秘密了。在很大程度上，這種模式是有意為之，因為工業(yè)應(yīng)用所需要的、經(jīng)過驗證的關(guān)鍵任務(wù)自動化和控制性能，要比典型消費(fèi)者所優(yōu)先考慮的便利性和功能更重要。邊緣計算和其它在邊緣應(yīng)用的先進(jìn)自動化功能，正為制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型添磚加瓦。

近年來，用戶越來越意識到可用的自動化軟、硬件種類越來越多。雖然不斷發(fā)展的技術(shù)和更靈活的架構(gòu)通常使設(shè)計師更容易將數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用于現(xiàn)有和新的運(yùn)營技術(shù)（OT）控制和監(jiān)控系統(tǒng)，但選擇太多有時并不是好事，會導(dǎo)致一次性、不可重復(fù)的實施。

最終用戶、原始設(shè)備制造商（OEM）及其系統(tǒng)集成商支持團(tuán)隊正在探索生產(chǎn)制造現(xiàn)場和設(shè)備的邊緣應(yīng)用機(jī)會，并提出以下問題：

■ 邊緣技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）對實際收益意味著什么？

■ 如何開始更新老舊系統(tǒng)并推出新項目，同時確保為未來的投資和工作做好準(zhǔn)備？

■ 考慮到信息技術(shù)（IT）必要的連接量，解決網(wǎng)絡(luò)安全問題的最佳方式是什么？

了解邊緣自動化可以實現(xiàn)什么功能，并開發(fā)出合理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法，是回答這些問題的第一步。

01 工業(yè)邊緣計算的優(yōu)勢

工業(yè)邊緣應(yīng)用變得越來越普遍，不是因為它們時髦，而是因為它們是訪問數(shù)據(jù)所必需的。用戶認(rèn)識到自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)量和價值，這些數(shù)據(jù)之前可能因物理隔離、缺乏集成和非數(shù)字化而成為數(shù)據(jù)孤島。

邊緣技術(shù)提供了解放這些數(shù)據(jù)的途徑：訪問數(shù)據(jù)，在本地提供見解，或在站點內(nèi)或云中傳輸這些數(shù)據(jù)，以進(jìn)行更廣泛的分析，從而獲得更多可操作的見解。僅僅獲取數(shù)據(jù)是不夠的，分析對于深入了解如何提高效率、安全性和正常運(yùn)行時間至關(guān)重要（圖1）。

▲圖1:艾默生為用戶提供了靈活的方式來連接所有類型的邊緣數(shù)據(jù)源，在內(nèi)部實現(xiàn)IIoT和分析，并提供本地或遠(yuǎn)程可視化，同時還為未來預(yù)留邊緣和云之間的連接。

02 日益豐富的工業(yè)邊緣設(shè)備類型

諸多不同的產(chǎn)品構(gòu)成了工業(yè)邊緣設(shè)備（如圖2所示），包括：

■ 智能傳感器和更智能的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；

■ 網(wǎng)關(guān)和其它小型計算設(shè)備，可以安裝在傳統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)之上；

■ 可編程邏輯控制器（PLC），用于具有現(xiàn)代連接的確定性控制；

■ 邊緣控制器，結(jié)合邊緣分析實現(xiàn)確定性控制；

■ 工業(yè)PC，可以在邊緣附近執(zhí)行更廣泛的通信和分析計算；

■ 現(xiàn)場和遠(yuǎn)程/移動人機(jī)界面（HMI）；

■ 軟件平臺，用于連接制造廠內(nèi)的邊緣設(shè)備和云以及兩者之間的一切設(shè)備。

▲圖2：豐富的自動化和邊緣產(chǎn)品組合可以幫助開發(fā)人員專注于應(yīng)用而不是集成，因此他們可以快速可靠地創(chuàng)建所有類型的解決方案。

對于自動化設(shè)計師來說，有時選擇太多反而導(dǎo)致選擇滿足當(dāng)前和未來需求的技術(shù)成為一項挑戰(zhàn)。

03 為未來做好準(zhǔn)備的工業(yè)自動化

工業(yè)自動化設(shè)計人員的首要目標(biāo)是提供安全有效的設(shè)備。然而，訪問設(shè)備中包含的豐富信息并根據(jù)這些信息采取行動變得同樣重要，這意味著設(shè)計人員必須考慮超越傳統(tǒng)的自動化元素。

有些用戶可能還沒有準(zhǔn)備好完全投入到邊緣設(shè)備的實施。然而，從一開始就添加或內(nèi)置可擴(kuò)展的邊緣技術(shù)是重要而實用的，這樣系統(tǒng)可以在用戶準(zhǔn)備好后立即從IIoT受益優(yōu)勢。當(dāng)開發(fā)人員考察各種選擇時，會發(fā)現(xiàn)在諸多供應(yīng)商中，有些供應(yīng)商只提供商業(yè)級、而不是工業(yè)級邊緣技術(shù)。

不幸的是，將來自多個廠商的軟、硬件組裝成一個有凝聚力的系統(tǒng)往往需要大量的研究和測試工作，這會帶來額外的風(fēng)險。創(chuàng)建自定義的邊緣方案，面臨的一些首要問題包括性能局限、缺乏可擴(kuò)展性和未來支持的問題以及缺乏網(wǎng)絡(luò)安全。

另一方面，考慮到自動化和邊緣實施的可能用例數(shù)不勝數(shù)，如今沒有人會不切實際地期望購買一個完全為特定需求量身定制的一體化軟件包，只需點擊幾下就可以實現(xiàn)開箱即用。

04 邊緣自動化平臺的九個要素

相反，用戶希望通過尋找具有以下九個要素的全面自動化和邊緣平臺來加快他們的工作：

■ 與軟件緊密集成和協(xié)調(diào)的硬件；

■ 不同層級控制和計算功能的可擴(kuò)展性和靈活性；

■ 為常見用例提供集成的硬件/軟件解決方案；

■ 可用于精益制造和能源監(jiān)控等基本任務(wù)的方便易用的軟件模塊；

■ 一致的開發(fā)環(huán)境，在擴(kuò)展解決方案時無需返工；

■ 支持多種協(xié)議和編程語言，具有強(qiáng)大的庫功能；

■ 從單臺機(jī)器到整個制造工廠的可擴(kuò)展性；

■ 內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)安全；

■ 在軟件和硬件層面均達(dá)到工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，而不僅僅是對商業(yè)技術(shù)的改造。

隨著應(yīng)用和需求的廣泛變化，證明能夠提供這些功能的產(chǎn)品組合對工業(yè)自動化設(shè)計和開發(fā)人員來說是一個巨大的優(yōu)勢。讓我們通過下面這個實際項目，來看看它是如何開展工作的。

05 全自動的CIP/SIP撬裝監(jiān)控

現(xiàn)場清潔（CIP）和現(xiàn)場消毒（SIP）工藝用于食品和飲料、生命科學(xué)以及其它制造和生產(chǎn)應(yīng)用。CIP/SIP使用水（通常在高溫下）和化學(xué)物質(zhì)，包括苛性堿和酸，沖洗管道、閥門、容器和設(shè)備的固定裝置，以確能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行清潔、消毒和滅菌。正確的CIP/SIP運(yùn)行可以消除批次間的交叉污染，并保持衛(wèi)生合規(guī)，以維護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量并降低對消費(fèi)者的風(fēng)險。

即使是功能正常的CIP/SIP系統(tǒng)也會消耗大量的工廠資源。在某些情況下，所用的水、蒸汽、電力和化學(xué)品等，可能會占總消耗資源的30%。處理不當(dāng)?shù)腃IP/SIP運(yùn)行，可能會導(dǎo)致運(yùn)行時間過長并浪費(fèi)資源。低效的設(shè)計也會增加勞動力需求，并在轉(zhuǎn)換過程中造成生產(chǎn)停工。

在其它情況下，流程中有大量的手動步驟，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)和人為錯誤。出于這些原因和更多其它原因，許多公司正在從手動CIP/SIP系統(tǒng)轉(zhuǎn)向全自動運(yùn)行，利用工業(yè)級傳感器、分析儀、閥門、電機(jī)控制、PLC和HMI，來幫助確保運(yùn)營的平穩(wěn)。

使用邊緣技術(shù)構(gòu)建CIP/SIP自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)全面的優(yōu)化，從而可以獲得更多收益。其中包括自動運(yùn)行報告、符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的驗證、偏差標(biāo)記以及通過分析并根據(jù)見解采取行動來追求最佳工況下的“黃金周期”，以最大限度地減少運(yùn)行時間和公用設(shè)施的使用。

雖然一些CIP/SIP集成商已經(jīng)從頭開始創(chuàng)建自己的邊緣解決方案，但現(xiàn)在可以從供應(yīng)商那里選擇完整的解決方案，從而可以節(jié)省大量時間和成本。這類解決方案建立在協(xié)調(diào)的邊緣產(chǎn)品組合之上，可以滿足行業(yè)需求。

06 采用邊緣軟件和控制器降低成本

CIP分析解決方案可以改裝到現(xiàn)有的CIP/SIP撬裝上，也可以構(gòu)建到新的設(shè)計中。該解決方案適用于傳統(tǒng)或智能儀表，如壓力/流量/溫度變送器和電導(dǎo)率分析儀。它還集成了智能閥和電磁閥歧管，以監(jiān)控運(yùn)行和性能。

該解決方案使用邊緣軟件平臺。它可以在邊緣控制器或工業(yè)PC上運(yùn)行，并利用IT和OT通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。使用一個經(jīng)驗證且可互操作的平臺，用戶可以從快速部署和豐富功能中獲益（圖3）。

▲圖3：艾默生的CIP分析是一個基于PACSystems邊緣控制器和工業(yè)PC的解決方案，使用艾默生PACEdge軟件。

先進(jìn)的CIP分析解決方案使運(yùn)營人員和工程師能夠可視化和監(jiān)控性能，執(zhí)行基準(zhǔn)測試并報告公用事業(yè)消耗。根據(jù)建模數(shù)據(jù)，該解決方案平均可以減少30%以上的用水量，同時將以前用于管理手動和半自動系統(tǒng)、優(yōu)化運(yùn)行性能和效率的時間減少20%。

07 改善自動化和數(shù)據(jù)分析的機(jī)會

最終用戶、OEM廠商和系統(tǒng)集成商正在利用靈活的數(shù)據(jù)訪問和分析來改進(jìn)自動化系統(tǒng)。邊緣技術(shù)對于實現(xiàn)這些功能至關(guān)重要，但有太多的選擇需要考慮，很難從眾多選項中確定最終選擇。

選擇一個經(jīng)過驗證和協(xié)調(diào)的硬件和軟件平臺，使開發(fā)工作能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用而不是集成，無疑是一個更高效的解決方案。這種方法提供了一種快速且可靠的方式來創(chuàng)造整體價值。

用戶應(yīng)尋找一個包含確定性控制、邊緣計算、可視化、分析以及站點和云連接的投資組合。這使設(shè)計人員可以最大限度地減少設(shè)計工作量，最大限度地提高工作的可重用性，同時使工業(yè)應(yīng)用具有靈活性并能經(jīng)得起未來的考驗。