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工业物联网技术:雾计算


  来源: 控制工程网 时间:2018-09-17 编辑:思扬
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通过工业物联网(IIoT )来实现自动化系统,部署传感器来测量、监控和分析数据,从而提高效率,并增加生产经营的收入,越来越多的制造企业正受益于此。

这些新连接起来的工厂,所产生的数据量惊人,甚至可以用拍字节(100万千兆字节)来衡量:连接在工业控制系统 (ICS) 上的传感器、自主的无人值守机器、工业机器人以及覆盖全场的视频监控摄像头,产生了数以百万计的数据流。

利用传统的信息技术(IT)方法来处理运营技术(OT)环境,已经无法满足在需要与供应商互联的、受控的、严苛的运营环境中,对容量、延迟、移动性、可靠性、安全性、保密性和网络带宽等方面提出的挑战。现在是时候采用新的架构方法,使IIoT可以在雾计算中充分发挥其潜能。



图 1: 图中显示了 OpenFog架构的8支柱模型,包括安全性、可扩展性、开放性、自主性、可靠性/可用性/可服务性(RAS)、灵活性、层次结构和可编程性。本文图片来源: OpenFog 联盟


定义雾计算

雾计算是为数据密集、高性能计算、高风险环境而设计的。雾是一种新兴的分布式体系架构,它在云和与之相连接的设备之间架起桥梁,而不需要在现场和工厂中建立永久的云连接。通过选择性地转移计算、存储、通信、控制,雾计算可以在靠近物联网传感器和执行器(这是数据产生和使用)的地方来制定决策。它是云计算的有益补充,而不是完全替代,这样就可以在生产制造环境中实现高效、经济、安全和建设性地使用IIoT。

雾有时也被称为边缘计算,但它们之间有关键的区别。雾是边缘功能的超集。雾架构将资源和数据源与驻留在南北边缘设备 (云到传感器)、东西边缘设备(功能到功能或点对点) 的层次结构结合在一起,以获得最大效率。边缘计算往往仅限于少量的南北层,通常与简单的协议网关功能相关。

雾节点是雾体系结构的基本元素。雾节点可以是任何提供雾架构的计算、网络、存储和加速元素的设备。如,工业控制器、交换机、路由器、嵌入式服务器、复杂网关、可编程逻辑控制器 (PLC) 以及智能物联网节点(如视频监控摄像机)等。



图 2: 智能工厂中的雾节点: 单个机器、制造单元和生产线相互连接起来,以优化基础结构来提供服务交付。


使工厂受益的雾架构

工厂可以充分利用雾节点层的数据流,使工厂间连接的更好。位于总体结构上较低层级的雾节点,如单个计算机,可以直接连接到本地传感器和执行器上,以便能够及时分析数据,解释异常工况。如果已经获得授权的话,它还可以自主地响应和补偿问题或解决问题。另外,雾节点还可以将更高级别雾层次结构的适当服务请求,发送给拥有更好的技术资源、机器学习能力或维护服务的提供商。

如果工况需要实时决策,例如在设备受损之前将其停机,或调整关键过程参数,雾节点可以提供毫秒级延迟的分析和操作。制造商不必通过云数据中心的路由来实现此实时决策。这有助于避免潜在的延迟问题、队列延迟或网络/服务器停机时间,而这些延迟都会导致工业事故、降低生产效率或产品质量。

在工厂中,位于较高层次的雾节点,可以获得对工业过程更广阔的视角。它们可以添加更多的功能,如生产流水线操作的可视化、监视故障机器的状态、生产参数的调整、生产计划的修改、订购供应以及将警报发送给合适的人。


用于工业领域的雾计算

为了说明在更恶劣的环境中雾计算是如何工作的,让我们先了解一下使用压力和流量传感器、控制阀和泵的输油管线。传统上,远程传感器读取完数据后,并通过昂贵的卫星链路传输到云中,从而进行数据分析以及检测异常情况。云端将命令回传给操作员,以便其进行阀门位置调整等操作。

关键词:工业互联网 雾计算 传感器    浏览量:4033

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