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边缘控制的理想选择——开箱即用、支持IoT的新一代PLC

来源:控制工程网2021.11.29阅读 4551

  自从运行人员与机械设备交互以来,工业“边缘”和“边缘控制”的概念就一直存在。边缘控制可以是运行人员通过手动与设备交互,也可以通过硬接线连接执行某些特定功能。更复杂的配置可能包括数字自动化,通常利用可编程逻辑控制器(PLC)监视位于边缘的输入传感器,处理逻辑并输出指令来控制边缘设备。
  新技术降低边缘控制成本
  既然边缘控制概念已经如此熟悉,那为何说它会获得新的关注?传统的边缘控制所处的位置通常比较偏远,而且是孤立的,将边缘资产相互连接或与更高级别的系统连接,既昂贵又复杂。
  当今的边缘控制概念,既保留了前几代技术所具有的强大的自动化功能,同时又融合了最先进的硬件、软件和网络技术的进步,从而可以更经济、更方便的将边缘资产连接到现场和基于云的系统。这种对边缘数据的即时访问,通常也被称为物联网(IoT)应用。
  智能传感器、现代PLC和先进的边缘控制器或基于PC的平台,是设计人员将物联网概念融入系统的一些方式。具有IoT功能的PLC,可使自动化系统设计人员和最终用户能够更轻松地访问数据。

图1: MQTT协议提供了一种全面而轻量级的方式,可用于传感器和PLC等现场设备与基于云的集中代理以及其它客户端(如移动设备)进行通信。图片来源:Idec

  连接传感器和机器信息
  由于用户逐步认识到需要访问边缘控制系统所提供的数据,因此完全连接对他们很重要。这些数据可以是传感器信号、机器信息或其它数值——也许仅用于在远程实现简单的可视化。当可以通过云计算存储和分析数据时,就会释放出更多对运营有价值的信息,用户可以据此采取行动来优化运营。
  对于新的工业项目,设计人员必须选择具有内置物联网连接的自动化平台,即使他们不会立即使用它。而另一些最终用户则通过升级现有资产来获得物联网功能。
  设计人员可能会考虑结合PC硬件和软件,或具有某种通用计算能力的更专业的边缘控制器,以创建支持物联网的系统。这些选项可以提供更强大的计算能力和功能,但在实施成本和工作量方面可能会有很大的变化。而在很多情况下,它的应用并不是十拿九稳会获得成功的。
  这就是为什么现代 PLC 经常占据自动化设备的重要位置,因为它不仅能够充当实用的物联网平台,同时还能用作边缘控制器。作为一种成熟且常见的自动化技术,PLC已经成为大多数工业自动化项目的首选解决方案。
  PLC还非常适合访问、整合和传输边缘数据。因为它们是控制器,它们可以做的不仅仅是移动数据,还可以直接对其采取行动,或者向更高级别的系统发送数据和接收来自更高级别系统的指示。一些关键功能可将 PLC 转变为支持物联网的边缘控制器。
  现代PLC的5个IIoT边缘功能
  现代PLC定位于边缘安装,这是它们可以收集最有用信息的地方。PLC可以通过以下功能,发挥边缘控制器的作用:
  ● 现场和网络的连接;
  ● 板载数据记录以支持存储和转发操作;
  ● 网络服务器功能;
  ● 支持云通信协议,如消息队列遥测传输(MQTT);
  ● 配置简单,支持双向通信。
  即使是最基本的PLC,也能通过有线输入/输出(I/O)信号与现场设备交互。现在,大多数PLC还集成了串行和以太网连接,提供与各种智能现场设备接口的能力。
  除了这些基本要素,用于边缘控制的PLC应包括工业网络协议,例如EtherNet/IP、Modbus TCP和RTU以及BACnet/IP,以确保它可以与众多I/O系统和其它智能边缘设备通信。更专业的协议(如SAEJ1939)可以使PLC可以与车辆和重型设备通讯。
  某些功能可以使用户更轻松地与PLC交互。例如,本地无线蓝牙连接,以及使用移动应用进行配置和监控,使用户可以方便地访问、监控和调整现代PLC。机载数据记录、网络服务器功能和文件传输协议(FTP)通信,可以为用户提供远程访问功能。
  边缘控制器的一个基础功能是要通过网络将数据传输给位于站点或云托管的系统。这方面有各种通信协议,但在制造行业倾向于采用MQTT协议来完成这一任务。
  传统的工业通信协议通常是轮询和响应类型,用户需要在源和目标中仔细安排数据阵列。设置和维护此类配置需要大量的编程管理,并且无论底层数据是否发生变化,基于时间的轮询都会消耗通信资源。

图2:MQTT使PLC和其它智能现场设备,能够通过基于云的服务与移动用户、监控系统和分析应用进行交互。

  MQTT使用一种称为发布和订阅的不同安排,非常适合 IoT 应用。在这种架构中,有一个集中式代理,可以在现场或云托管,并且有一个或多个远程客户端。用户可以通过多种方式创建代理。
  支持MQTT的PLC是许多自动化应用的理想选择。PLC可配置为MQTT订阅者,以接收来自监控系统的数据并执行用户命令并直接控制现场设备。MQTT使PLC和其它智能现场设备,能够通过基于云的服务与移动用户、监控系统和分析应用进行交互。
  出于多种原因,工业机械的原始设备制造商(OEM)正在转向支持MQTT的PLC。这些OEM厂商已经将PLC用于许多机器自动化需求,因此从技术和成本的角度来看,指定支持MQTT的PLC和面向未来的类似系统只是再向前迈出一小步。
  基于一些特定的业务需求,很多OEM厂商需要采用物联网。许多是租赁机器,需要监控机器的功能和使用情况。一些厂商以正常运行时间或机器产出作为评估租赁价格的基础,或者利用远程连接来销售更多支持服务或产品。它们需要一个符合商业模式和技能组合的经济实惠的选择。而为中小型系统集成基于PC或相对复杂的边缘控制器,通常是不现实的。
  对于许多中小型规模的用户来说,最好采用开箱即用的、支持物联网的PLC来实施边缘控制。支持MQTT的PLC与AWS IoT Core等云服务相结合,有助于将现代实践与传统自动化相结合,以实现最佳效果。(作者:Don Pham)