通過在完整的邊緣平臺上實現(xiàn)標準化，最終用戶簡化了邊緣軟件和硬件的交付、開發(fā)、部署和支持過程，同時優(yōu)化了運營。

當涉及到工業(yè)自動化時，“邊緣”通常是指“前沿”技術，但這個簡單術語包含許多元素。邊緣可以被認為是監(jiān)測物理特性的儀器、自動化設備的控制器、執(zhí)行計算的處理器等等。當然，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（IIoT）應用。

在工業(yè)自動化和IIoT的背景下，用戶應當注意過于狹窄的定義。在實施之前，用戶應該規(guī)劃出一個完整的對邊緣平臺的期望。平臺不僅僅是一個硬件（例如邊緣計算機），而是包括一系列硬件、軟件以及廣泛的連接和網絡選項。邊緣平臺應提供具有兼容性和可擴展性的解決方案，并提供便利的交付、開發(fā)、部署和支持。

盡管任何邊緣應用都是由一個或多個“物”創(chuàng)建的，但重要的是不僅要關注每個元素的功能，還要關注所有元素的互操作性。事實上，出于可擴展的目的，安全地連接許多邊緣硬件和軟件并開展計算變得至關重要。設計者必須對邊緣平臺進行綜合考量，以滿足技術性能和可維護性的需求。

01

邊緣計算平臺的四個構建塊

幾十年來，工業(yè)邊緣（物理信號與數(shù)字信號相互轉換的地方）由可編程邏輯控制器（PLC）和可編程自動化控制器（PAC）組成。這些系統(tǒng)與人機界面（HMI）和監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）圖形結合使用，以提供可視化。在這里，可以對有限類型、有限數(shù)量的數(shù)據(jù)進行操作，以支持使用這些系統(tǒng)的運營團隊。多年來，盡管處理能力、網絡方法和通信協(xié)議大大改善了這種情況，但可能性仍然受到限制。

現(xiàn)代邊緣平臺的特點是許多硬件設備運行多種軟件，所有這些設備都在保證網絡安全的情況下，以可訪問的方式廣泛通信（圖1）。邊緣平臺通常包括四個構建塊：硬件、軟件、通信和網絡安全。這些部件將運營技術（OT）資產與信息技術（IT）資源連接起來。

▲圖1：邊緣應用最好建立在硬件、軟件和網絡產品的成熟平臺上，這樣用戶可以輕松連接眾多OT設備和系統(tǒng)，并將其與IT資源無縫連接。

■邊緣應用的硬件，可能包括多年前已經應用的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一樣運行，執(zhí)行確定性實時控制，但包括一個通用計算系統(tǒng)，使其適用于執(zhí)行多種計算、分析和IIoT任務。

每個硬件選項都適合特定的應用需求。一些基本設施可能只需要邊緣網關來傳輸數(shù)據(jù)，而復雜的計算應用則需要更強大的工業(yè)PC。

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

除了基于瀏覽器或移動顯示器和儀表板外，還需要軟件通過HMI和SCADA圖形來支持本地和遠程可視化（圖2）。軟件應遵循行業(yè)標準，并提供開放和可擴展的環(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，提供了一個開放和可擴展的環(huán)境，支持所有類型的本地和遠程可視化。

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

■網絡安全問題是伴隨著互聯(lián)互通和可訪問性的擴大而產生的。傳統(tǒng)的工業(yè)設備幾乎沒有安全措施。相比之下，現(xiàn)代設備必須包括最新的網絡安全技術，并且易于維護和更新補丁。邊緣設備管理應該很少需要管理員的介入。

02

組裝vs.采購邊緣平臺？

硬件、軟件、通信和網絡安全的每一個部件，都可以通過采購或組裝實現(xiàn)，程度不同而已。然而，這種定制方法會帶來風險，包括項目工期延長。四個最常見的問題包括：

■花費時間和精力評估潛在產品，并確保其具有必要的工業(yè)級性能。

■確保硬件產品之間的連接性，以及它們必須與之交互的OT和IT資源。

■確保應用程序和選定操作系統(tǒng)之間的安全兼容性。

■調查未來的可擴展性和支持。

最終用戶、機器制造商和系統(tǒng)集成商更愿意將精力集中在開發(fā)有價值的應用上，而不是調查支撐應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品（其中一些產品以即用型硬件/軟件組合的形式提供）通常對邊緣設施更有意義。

03

工業(yè)邊緣平臺的五個關鍵特性

一個完整的工業(yè)邊緣平臺為構建邊緣解決方案提供了基本要素，從最小的機器上或工廠內的數(shù)據(jù)收集項目，到大規(guī)模生產線集成。這種標準化為開發(fā)人員帶來了信心：每個項目在部署時都將正常運行，能成功擴展并與未來的邊緣計劃集成（圖3）。

▲圖3：邊緣平臺可以提供一系列完整、協(xié)調的硬件和軟件元素，并可作為通用應用（如可視化、邊緣計算、邊緣控制、分析和SCADA）的優(yōu)化解決方案，從而支持成功的IIoT項目開發(fā)。

對于工業(yè)應用項目，開發(fā)人員應考慮具有以下五個特性的邊緣平臺：

■硬件具有可擴展性和兼容性，從小型PLC到中型/大型PAC，再到邊緣控制器、網關和IPC。

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

■通用開放和可擴展的IIoT、可視化和分析軟件，能夠在邊緣控制器和IPC上運行。

■支持許多關鍵的OT和IT協(xié)議，并能夠添加更多協(xié)議。

■提供優(yōu)化和預許可的邊緣硬件/軟件解決方案包，以簡化常見工業(yè)部署，包括HMI、邊緣計算、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具有開放性，但一個經過驗證的平臺為這類項目帶來的幫助是顯而易見的。邊緣平臺使用戶能夠在現(xiàn)場實施，并為手頭的項目釋放創(chuàng)造力，而不是將精力花費在產品研究和測試上。這還有一個好處，就是盡早發(fā)現(xiàn)問題，這樣開發(fā)人員就可以盡快解決，從而縮短整個項目的持續(xù)時間，加快上市速度。

04

擁抱完整的邊緣系統(tǒng)

最終用戶、原始設備制造商（OEM）和支持他們的系統(tǒng)集成商，正在越來越多地為各種可視化、分析和IIoT項目實施邊緣技術。雖然實施這些項目有許多硬件和軟件產品可供選擇，但對于開發(fā)人員來說，確保兼容性、性能和安全性的正確組合,是一項艱巨的任務。

幸運的是，那些提供適用于完整工業(yè)邊緣平臺的公司有多種選擇。這減輕了定制方法所帶來的壓力，定制方案中零部件是逐件選擇和測試的。通過構建一個完整的邊緣平臺，開發(fā)人員可以集中精力優(yōu)化應用，同時最大限度地縮短交付、開發(fā)、部署和支持過程。

關鍵概念：

■ 邊緣計算平臺的組件需要很好地協(xié)同工作。

■網絡安全、硬件、軟件和通信是邊緣計算平臺的關鍵方面。

■邊緣設備管理應該很少需要管理員的介入。

思考一下：

您是集成邊緣設備，還是使用邊緣計算平臺？