工業4.0的進程如火如荼，引發的新概念日益深入人心。越來越多的機器廠商和設備廠商持續密切地關注著工業物聯網（IIoT）。為了能充分利用接入工業物聯網中的工廠，必須將機器和設備接入云服務端，這就需要用到邊緣控制器。
繞不開的邊緣計算
    在介紹邊緣控制器之前，需要先了解邊緣計算。從圖1 工廠構成的示意圖來看，未來工廠需要采集大量來自于過程控制的連續數據和來自工廠自動化的離散數據。借助這些數據，將輕松實現產線互聯，從而實現工廠的ERP控制層對整個工廠的生產安排，能源消耗，質量檢測，缺陷反饋，進而優化生產，提高效能。

圖1 工廠構成示意圖

邊緣計算的出現基于云計算，可以說邊緣計算就是運營技術（Operational Technology）中的云計算。相比于信息技術（IT）中的云計算，邊緣計算對實時性和安全性提出更高的要求。而邊緣控制器正是位于IT和OT之間的一個物理接口。

什么是邊緣控制器？
    邊緣控制器，是將匯總數據發送到云端的硬件。這類硬件作為通往云端的最后一層物理實體，是機器層OT和云端IT解決方案的接口。其中OT包括用于實時監測控制設備、生產過程及事件的硬件和軟件。

圖2 邊緣控制器是OT和IT間的接口

三類邊緣控制器
    根據不同的應用和數據大小，OT層收集到的數據將以不同的方式被傳輸到云端。貝加萊提供三類邊緣控制器來確保適合于不同控制情況的解決方案。
    假設傳感器一個小時只接收一個信號直接發送到云端，如用于監測輸油管道泄露的傳感器。這類控制對實時性沒有要求，無需本地控制邏輯；而且，對維修團隊來說維護檢測油管的時間充足。針對這類應用，一個貝加萊總線控制器就足以將無需預處理的I/O信號以加密方式經由OPC UA傳送到云端，非常簡單。
    而在處理大量數據時，需要先匯總機器的各種數據。這樣做的好處在于：1，降低所需帶寬，減少云服務成本；2，提供足夠的緩沖，防止在相關錯誤事件出現時造成數據丟失。針對該類應用，則需要采用被稱為嵌入式邊緣控制器（Embedded Edge）的貝加萊標準控制系統。
    更復雜的情況是需要對整個生產線進行監測。大量的I/O數據在送往云端之前需要進行預處理。針對這樣的控制任務，標準的控制器不足以滿足要求。這時候需要采用由貝加萊Automation PC和綜合的工業物聯網（IIoT）構成的邊界控制器。由于其強大的處理能力和存儲能力，配置了工業PC的便捷控制器相比前面兩種邊界控制器來說，能夠執行更高級的預處理和分析任務。而且，它還能進行復雜的算法計算，如用于機器學習系統的算法。

圖3 貝加萊推出三類邊緣控制器結構，為不同情況提供合適的解決方案

邊緣控制器帶來的優勢
    邊緣控制器并非貝加萊的某款產品，而是貝加萊為客戶提供的整套解決方案。一方面，多樣的選擇能夠幫助新建工廠滿足工業物聯網（IioT）的種種要求；另一方面，在與貝加萊Orange Box聯手后，也同樣能為老工廠提供完美的邊緣架構。軟件與硬件靈活結合，現有的機器在連接Orange Box后也能被無縫集成到邊界架構中。
在OT與IT融合的過程中，邊緣控制器的優勢也逐漸顯現：
    能更好地滿足工業物聯網（IIoT）的要求
    實現企業區和制造區間的通信
    分布式智能將數據快速轉變為可用智能
    機器靈活，可用性高，降低所需帶寬，縮短響應時間
    工業物聯網對邊緣控制器的要求
    工業計算要求數據源更可靠，因此對邊緣設備的要求也更高。高性能，堅固耐用，適合嚴苛的環境條件。貝加萊推出的硬件產品能完美切合這些要求。一個控制器同時配備實時操作系統（RTOS）和通用操作系統（GPOS），使用壽命長
    實現車間到云端的連接。通過本地和第三方現場總線協議實現車間連接；通過SQL DB, OPC UA , MQTT完成與MES，ERP的連接；通過MQTT, OPC UA實現與云端的連接

圖4 開放的架構，第三方總線也能無縫集成

通過UCB-Server來處理和匯總數據，對現場實時KPI進行處理；對內存，文件系統和GPOS數據庫中的數據進行緩沖，有效預防數據丟失；支持系統和用戶的雙重數據記錄存檔，NoSQL-DB (Berkeley)用于存儲連續的信號和事件，SQL-DB (MySQL/ MariaDB)用于存儲用戶特定的數據；可通過REST API和SQL客戶端對數據記錄進行訪問
對數據進行邊緣分析。具有先進的趨勢系統，其數據庫完全免維護，并通過壓縮技術來減少數據量；報警系統適合廣泛的事件和報警，包括元數據；嵌入式商業智能套件生成即時報表；通過控制性能監控（CPM）對控制回路精度進行永久性評估，提高控制回路效率；通過能源控制減少能耗；通過狀態監測降低維護成本；資產性能監測對資產進行保護……
    工業物聯網對安全的要求極高。通過每月更新和完成整的系統軟件測試，防止病毒軟件安裝；嵌入式的網絡安全可以強化系統，自動預配置內置防火墻，TLS加密；嵌入式遠程針對和遠程維護訪問，無需專門的IT知識，就可通過拖放進行配置

圖5 多層級確保IT安全

實時數據采集和毫秒級控制實現對機器的實時控制；機器協同控制實現生產管理
    針對多變量系統的先進過程控制，對過程控制進行復雜仿真
    數據，報表可視化。基于mappVIEW的HMI應用，不同的客戶化HMI內容不需要進行單獨編程，卻可按權限同步  顯示在不同HMI上，操作的用戶彼此獨立，非常方便。例如，管理者的平板電腦上正在顯示KPI整體概況，而技術人員正在自己的筆記本電腦上修改機器設置。

圖6 貝加萊幫助客戶滿足工業物聯網對邊緣控制器提出的要求

關于貝加萊
    貝加萊是一個總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創新驅動型自動化企業，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個業務單元。作為全球工業自動化領域的領導者，貝加萊融合了前沿技術與先進的工程能力，為各個產業客戶提供機器與工廠自動化、運動控制、HMI以及集成安全技術的完整解決方案。通過工業物聯網通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開發環境，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。貝加萊保持持續的創新精神，為客戶提供更為簡化以及超出預期的工業自動化領域前沿技術與方案。
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