工业物联网技术

lrzk

物联网（IoT）越来越多地被视为“云端加边缘”范式中计算的下一步发展，越来越多的设备正在连接到互联网。计算能力正在集成到这些连接的设备中，并将越来越多的收集数据从边缘传输到云，其中采用智能分析来提取信息。

物联网可以改变企业及其运营，也许甚至可以改变工业自动化环境，它可以解决公司每天面临的许多挑战，例如资产可用性，产量，吞吐量和库存成本。

工业物联网，IIoT

然而，在许多不同工业部门中运营的公司通常会使用传统上独立执行离散功能的设备。在许多使用案例中，设备将继续以传统方式制造和维护，但其他设备将需要迁移策略来连接先前未连接的设备并实现物联网的优势。事实上，根据Berg Insight最近的研究，自动化网络中无线物联网设备的数量预计将以27.2％的复合年增长率达到4350万。

物联网技术在转变工业自动化领域的关键是虚拟化，它实质上使先前的分立子系统能够整合到一个系统中。它为开发人员和系统集成商带来了低风险和上市时间的优势，他们希望整合具有不同要求的系统，例如需要使用实时，嵌入式或通用操作系统。工业控制系统通常会实现多个电路板以支持不同的应用。可编程逻辑控制器，PLC和运动控制是时间关键型应用，RTOS可提供最佳的确定性能; 而控制台和数据采集应用程序的开发人员可能需要嵌入式操作系统，以便于使用。

图1：工业物联网，IIoT所需的关键要素

工业物联网（见图1）需要许多关键要素，包括承载数据分析处理的云或数据中心，以及使网络“边缘”的设备能够连接到每个网络的物联网网关。其他也进入网络并进入云端。在工业环境中，这为连接以前未连接的设备提供了重要机会。

对于在工业环境中运营的公司而言，每天面临的主要挑战是资产可用性，产量，吞吐量和库存成本：所有这些都可以通过最新的工业物联网解决方案来解决。IIoT中用于许多应用以及工业自动化领域的中央支持技术是虚拟化，它实质上使先前的离散子系统能够整合到单个系统中。

一些工业控制系统设计有多个电路板，因为它们支持各种应用，例如控制台，数据采集，可编程逻辑控制器（PLC），运动控制和机器视觉，每个都有不同的要求。

IIoT中的虚拟化技术

最新的虚拟化技术允许系统同时运行多个RTOS和嵌入式操作系统，每个操作系统都运行在虚拟机管理程序或虚拟机（VM）软件层之上的专用处理器核心上。此配置启用时间关键型应用程序的确定性行为，允许它们不受非实时任务的影响而运行，否则这些任务将在非虚拟化系统上竞争CPU资源。

开发人员可以构建具有在所有操作系统上同时运行的应用程序的系统，或者根据需要选择仅将应用程序移植到操作系统的子集。虚拟化可以为工业自动化公司带来许多好处，使其转向统一模型并将功能组合到一个控制器中。降低BOM成本是一个主要因素，因为将以前拥有自己的机箱，PCB和散热冷却解决方案的功能组合到一个控制器中可以消除大量的冗余硬件。它还意味着减少系统设备占地面积，可能会节省大量成本。

图2：网关和设备功能的IIoT集成

IIoT合作

工业物联网IIoT的另一个方面是，将有许多供应商，实际上更像许多供应商，需要合作共同提供完整的解决方案。通常由一个供应商领导，所有部件的互操作性是关键。列表可以变得全面，传感器，控制执行器，网关，通信网络和管理软件。获取将数据发送到聚合点（例如网关）的简单恒温器可能会遇到将数据从Modbus移动到IP网络的情况。值得庆幸的是，翻译层以及开放系统协议和标准（如MQTT和RESTful）的使用使这个“合作伙伴互联网”变得简单易行。

对大型IIoT部署的日益普遍的观察涉及可用的网络带宽。工业机器人每小时可能不会产生与喷气发动机一样多的遥测信息，但是来自它们的操作诊断数据可能很重要。

以智能方式管理这种机械和设备，最小化传感器变得至关重要。例如，是否需要将每个配有传感器的灯泡与基于云的服务进行通信？接收的预过滤数据仅在异常消息上发送或控制一组灯，或者可能通过API基于其他接收的环境光或移动传感器数据传递到网关的照明控制可以帮助减少不必要的流量而不会对操作产生任何影响能力。

IIoT实现

目前市场上推出的是IIoT构建模块解决方案 - 例如英特尔工业系统整合系列 - 通过预先集成关键软件和硬件组件（包括网关和设备功能）提供应用就绪平台。采购硬件和软件，集成虚拟机管理程序，操作系统和安全软件，以及整体解决方案的验证可以花费6到9个月的时间。

结果是，利用虚拟化功能的这些类型的解决方案可以显着降低开发人员的风险和开发时间，对于希望获得更低运营成本，工厂占地面积，能耗和支持工作的工业环境中的制造商而言，这可能是一条极具吸引力的途径。简而言之，它可以在下一代智能工厂中实现相对容易的自动化扩展。