邊緣自動化與IIoT的機(jī)遇

工廠自動化的微觀歷史

工廠自動化起始于繼電器梯形邏輯，在那時，電工必須單獨(dú)重新連接繼電器以改變其操作特性。隨著可編程邏輯控制器（PLC）的成功研發(fā)和重大突破，PLC取代了硬連線繼電器和定時器。

隨后，開始出現(xiàn)了專用的I / O網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)。每一個進(jìn)步都創(chuàng)造了一種更好的方式來獲取數(shù)據(jù)，但是并沒有直接的解決方法將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息并改進(jìn)操作。

為什么IIoT更好？

IIoT可以幫助用戶更好地訪問和使用工廠數(shù)據(jù)。簡而言之，IIoT可將工廠車間的設(shè)備“與使信息可操作的“應(yīng)用程序”進(jìn)行解耦。在過去，用戶的傳感器，設(shè)備和警報系統(tǒng)必須直接綁定到每個獨(dú)特的應(yīng)用程序，現(xiàn)在則可直接連接到由任何授權(quán)系統(tǒng)訪問的公共基礎(chǔ)設(shè)施。

使用IIoT，可獲取工廠數(shù)據(jù)并連接到公共和共享基礎(chǔ)架構(gòu)，這樣用戶的應(yīng)用程序，分析引擎和設(shè)備則可訪問此基礎(chǔ)架構(gòu)，然后使用和處理此信息。舊的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)模型已經(jīng)被發(fā)布/訂閱模型替代。

這種方法有即時的好處，其中最重要的是如何降低在工廠應(yīng)用程序添加新功能的風(fēng)險。

新、老應(yīng)用程序不會沖突

那么，真正的樣子是什么？假設(shè)某個用戶今天有一個防錯應(yīng)用程序綁定到一個選擇燈和按鈕。每當(dāng)操作員工作時，他按下按鈕，并且告知防錯應(yīng)用程序已經(jīng)添加了正確的部分。假如用戶明天想要那個按鈕執(zhí)行其他操作，比如當(dāng)操作員按下按鈕至少2秒的時候，執(zhí)行補(bǔ)充庫存的命令。如果沒有IIoT，這個用戶必須重新改寫應(yīng)用程序代碼才能添加這個新功能。

這種重寫程序的過程可能是一場噩夢， 因?yàn)檎l不知道它將會花費(fèi)多長時間以及完成后是否可以立即投入使用？ 隨著時間的推移，程序員不斷添加功能，最終得到一個內(nèi)存巨大，體驗(yàn)笨拙的應(yīng)用程序，并且一個公司中只有幾個人知道如何編碼，這并不是用戶想要實(shí)現(xiàn)的，也不是明智的一個選擇。

IIoT解放數(shù)據(jù)的好處

通過IIoT將設(shè)備的所有信息都連接到信息基礎(chǔ)設(shè)施，而不是一個特定的應(yīng)用程序，這樣防錯應(yīng)用程序就可以實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行，同時還可以設(shè)置補(bǔ)充庫存的應(yīng)用程序。

當(dāng)用戶想要添加另一個應(yīng)用程序，并且要求防錯和補(bǔ)充庫存應(yīng)用程序繼續(xù)不間斷運(yùn)行，以及所有的輸入，如短按，長按，雙按，亮起，閃光，光色等可以使用的輸入也可以同時被使用。對于一個靈活的應(yīng)用程序，這個很容易實(shí)現(xiàn)。

廠商為何青睞工業(yè)以太網(wǎng)？

工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)則是以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)中，由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，設(shè)備連接往往需要更堅(jiān)固的連接器、電纜，還有最重要的確定性。為了達(dá)到更好的確定性，工業(yè)以太網(wǎng)使用了專門的協(xié)議。比較流行的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT和POWERLINK等。

通常工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍從10Mbit/s到1Gb/s，其中100Mbit/s是工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用中最流行的速度。工業(yè)以太網(wǎng)需要一些額外的考慮，而不是在辦公室使用的以太網(wǎng)系統(tǒng)。例如，用戶需要通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)控工廠中生產(chǎn)設(shè)備的不同溫度、振動、噪音以及其它的一些參數(shù)。

像PROFINET和EtherCAT這樣的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議是從傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)修改而來的，不僅確保制造業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的正確發(fā)送和接收，還能夠在系統(tǒng)需要執(zhí)行特定操作時按時發(fā)送和接收指令。例如，自動化灌裝生產(chǎn)過程中需要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送灌裝數(shù)據(jù)以確保瓶子灌裝按照預(yù)期進(jìn)行，實(shí)時生成自動化報告，當(dāng)瓶子裝滿時，網(wǎng)絡(luò)上會發(fā)出停止灌裝的命令。

工業(yè)環(huán)境中設(shè)備之間如果發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或延遲可能會引發(fā)災(zāi)難，所以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性和確定性是十分重要的。工業(yè)環(huán)境必需保證實(shí)時感知自動化生產(chǎn)過程狀態(tài)，能在惡劣的環(huán)境下完成工廠工藝需求。

邊緣自動化與IIoT的機(jī)遇

隨著確定性工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和零故障冗余協(xié)議的到來，某些行業(yè)供應(yīng)商提議要開發(fā)基于工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP連接的傳感器，但也有人表示無需采用支持以太網(wǎng)的傳感器，因?yàn)镮O-Link、HART或WirelessHART可以連接傳感器，并通過轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)。一些過程工業(yè)供應(yīng)商已經(jīng)制定了潛在的新標(biāo)準(zhǔn)，可以通過現(xiàn)場總線連接將傳感器連接到工業(yè)以太網(wǎng)。

在過去，自動化行業(yè)的許多人堅(jiān)持以工業(yè)太網(wǎng)不會延伸到傳感器、儀器儀表和檢測設(shè)備，但今天工業(yè)4.0時代已經(jīng)到來，物聯(lián)網(wǎng)解決方案進(jìn)一步推進(jìn)了邊緣設(shè)備的智能化發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)終端設(shè)備包括傳感器和I/O驅(qū)動器，將在未來的連接業(yè)務(wù)戰(zhàn)略中發(fā)揮關(guān)鍵作用。為了擴(kuò)展設(shè)備的分析能力，工業(yè)以太網(wǎng)必須擴(kuò)展到自動化鏈中的最后一個設(shè)備：傳感器和I/O。

設(shè)備管理人員希望在更高程度上利用工廠層面的信息進(jìn)行業(yè)務(wù)決策，因此他們將注意力轉(zhuǎn)向類似于傳感器和I/O等智能化產(chǎn)品上。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入云應(yīng)用程序的能力進(jìn)一步促進(jìn)了對具有大數(shù)據(jù)吞吐量和支持以太網(wǎng)的終端設(shè)備的需求，這些任務(wù)超出了大多數(shù)專用傳統(tǒng)自動化網(wǎng)絡(luò)的能力。

工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備可滿足IIoT和工業(yè)4.0的需求，如減少機(jī)器停機(jī)時間和生產(chǎn)靈活性，工業(yè)以太網(wǎng)和無線將成為這些目標(biāo)的主要推動力。

參考數(shù)據(jù)

根據(jù)瑞典工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有限公司HMS對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場的年度調(diào)查最新結(jié)果顯示，2017年用于工廠自動化方面的工業(yè)以太網(wǎng)安裝節(jié)點(diǎn)首次超過傳統(tǒng)現(xiàn)場總線。

數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量從2016年的46%的市場占比增長到2017年的52%，而現(xiàn)場總線從48%下降到42%。其中，EtherNet/IP是目前安裝最廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)，其市場份額占15%，其次是PROFINET和PROFIBUS占比12%，無線技術(shù)保持在6%的市場份額。

制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型需要高性能網(wǎng)絡(luò)來支持，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案和工廠設(shè)備的整合在推動工業(yè)以太網(wǎng)的使用。過去很長一段時間工業(yè)以太網(wǎng)處于過渡階段，現(xiàn)在從安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)量來看，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)取代現(xiàn)場總線。

據(jù)HMS報告，現(xiàn)場總線雖然在市場占比輸給了工業(yè)以太網(wǎng)，但2017年現(xiàn)場總線的安裝數(shù)量是增長的，其增長率從2016年的4%提升到6%，可見工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場處理一下快速發(fā)展的階段。不過，網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商預(yù)計未來幾年現(xiàn)場總線安裝數(shù)量將穩(wěn)步下降。

2017年工業(yè)無線通信安裝節(jié)點(diǎn)比2016年增長了32%，近兩年來無線技術(shù)不斷擴(kuò)大，但市場份額相對較少，維持在6%的市場占比。其中，WLAN目前是最流行的無線技術(shù)，其次是藍(lán)牙。無線通信技術(shù)可以減少布線，并為設(shè)備連接和控制提供便利，越來越多地被機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商用來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新方案，包括通過平板電腦或智能手機(jī)連接監(jiān)控等解決方案。