邊緣計算在scada系統(tǒng)中的應用

邊緣計算在scada系統(tǒng)中的應用

0中小企業(yè)的應用2010年之前，工業(yè)云網(wǎng)絡技術由沃爾瑪率先開發(fā)。從2010年到2014年，隨著騰訊、華為等公司的不斷增加，大多數(shù)公司和機構(gòu)逐漸了解云的基本服務，并提出了解決方案。自2015年以來，已經(jīng)在其子公司如康乃馨、沃爾瑪?shù)却笮推髽I(yè)實施了工業(yè)云網(wǎng)絡技術，這逐漸加強了其在內(nèi)部控制能力。同時，它不僅擴展了自己的制造能力和規(guī)模，而且還顯著提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。1工業(yè)云服務的內(nèi)涵隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，經(jīng)過云計算模式的奠基，工業(yè)云技術得到蓬勃發(fā)展。工業(yè)云技術可滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中所要求的效率高和可靠性高的特點，所以在常規(guī)的工業(yè)企業(yè)為不斷的提高工業(yè)企業(yè)的先進性和效率性紛紛引入工業(yè)云技術工業(yè)云技術為工業(yè)企業(yè)提供相應的工業(yè)應用服務，工業(yè)云應用服務頻繁使用到的有：工業(yè)軟件即服務SaaS(SoftwareasaService），工業(yè)基礎設施即服務IaaS(InfrastructureasaService)、工業(yè)平臺即服務PaaS(PlatformasaService）等多種方式，工業(yè)云技術為工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)社會資源的相互交換和共享，從而提供工業(yè)企業(yè)中勞動生產(chǎn)率隨著工業(yè)云技術的發(fā)展，工業(yè)云技術和物聯(lián)網(wǎng)技術聯(lián)合發(fā)展，從而推動了工業(yè)企業(yè)更快、更好地發(fā)展。家電行業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)首先需要充分利用傳感技術和物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)人與機器、機器與機器的連接，并在互聯(lián)互通的基礎上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效利用。美的公司經(jīng)過長時間的研究，結(jié)合自身的情況，通過集成應用SDN技術與邊緣計算、云計算技術實現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接與海量數(shù)據(jù)的存儲、挖掘和分析的目的廣州華凌公司工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺分3層：第一層是邊緣層，實現(xiàn)自動化設備、機器人的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化集成；第二層是PaaS層，通過建立面向工業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲、集成、訪問、分析管理數(shù)據(jù)管理體系，融合工業(yè)機理、行業(yè)知識、工業(yè)數(shù)據(jù)建模和分析技術；第三層是SaaS層，通過對美的現(xiàn)有業(yè)務軟件的云化改造，實現(xiàn)服務的云端部署、集成和應用。2scda系統(tǒng)構(gòu)成邊緣計算專業(yè)術語在從2015-2017年間開始并逐漸被行業(yè)內(nèi)熟知，而2018年屬于邊緣計算發(fā)展過程中非常重要的節(jié)點，主要表現(xiàn)為：邊緣計算除了被行業(yè)內(nèi)熟知，也逐漸被大眾熟知，邊緣計算不斷地將學術和實踐即工業(yè)行業(yè)中的融合，對于產(chǎn)品的產(chǎn)生和生產(chǎn)過程中，起到推進的作用通過將邊緣層劃分為工廠級、車間級、現(xiàn)場級3個層級，每一層級根據(jù)自身所處環(huán)境植入不同計算能力?，F(xiàn)場級進行采集與終端集成控制，具有高實時性的特征。車間級以產(chǎn)線為單位進行監(jiān)控與集成控制，準實時獲取產(chǎn)線運行形式作為一級管控。工廠級對整體數(shù)據(jù)匯總并做集中管控，同時作為工廠到云端的一個入口。形成從邊緣到云端全鏈路互聯(lián)體系，如圖1所示。其中，主要負責現(xiàn)場設備互聯(lián)互通SCADA系統(tǒng)由以下幾個部分組成：(1）人機界面系統(tǒng)。包括設備管理、看板及報表、報警及報警處理、組態(tài)設計器、組態(tài)運行時等功能。(2）移動應用。采用前沿移動技術，使界面布局可以自適應不同長寬比的設備。移動端支持的功能包含設備信息實時展示、查詢、報警及報警處理等功能。(3）采集層。SCADA根據(jù)主流的現(xiàn)場設備協(xié)議開發(fā)了一批數(shù)據(jù)采集微服務，比如OPC采集微服務、三菱PLC采集微服務、西門子PLC采集微服務等。同時SCADA可開放數(shù)據(jù)采集微服務SDK，供平臺用戶或設備供應商進行下載和開發(fā)，并支持上傳到SCADA平臺進行使用。(4）數(shù)據(jù)服務層。實現(xiàn)了服務的高可用，同時數(shù)據(jù)服務層提供了服務注冊功能，數(shù)據(jù)采集微服務在使用之前，首先要完成服務的注冊，服務注冊完成后進入資源池供數(shù)據(jù)采集服務使用，同時數(shù)據(jù)服務對外提供OPCUA和WEBAPI實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時訪問和操作功能。3資源統(tǒng)一管理PaaS平臺歸類為業(yè)務能力介入、業(yè)務開放平臺、業(yè)務引擎等多種服務平臺，主對業(yè)務能力進行多方面的整理、處置和應用，然后利用IaaS所提供的應用程序接口對硬件資源進行調(diào)用，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控各種資源以及各種資源的調(diào)控。PaaS平臺（圖2）作為銜接IaaS層資源與SaaS層應用的基礎平臺，具備動態(tài)調(diào)度Iaas彈性資源的能力，同時通過提供標準化PaaS層應用，極大簡化了SaaS層應用開發(fā)。通過支撐容器云的部署，讓云計算具備了快速遷移，高速擴展的能力，可無縫移植到不同的云端環(huán)境。讓云計算平臺可以在不同環(huán)境生根發(fā)芽，茁壯成長。4邊緣層：提升邊緣層數(shù)據(jù)利用能力工業(yè)數(shù)據(jù)包括了云端數(shù)據(jù)與邊緣數(shù)據(jù)兩層。云端數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)特性分為工業(yè)數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)，統(tǒng)一匯總到大數(shù)據(jù)分析平臺進行分析，如圖3所示。邊緣數(shù)據(jù)指工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)，具備貼近產(chǎn)線與設備，為邊緣層計算就地提供數(shù)據(jù)支撐。通過對各個領域數(shù)據(jù)的劃分，明確數(shù)據(jù)落地領域與各層次數(shù)據(jù)計算分析要求。減少數(shù)據(jù)冗余，讓同一份數(shù)據(jù)在不同環(huán)節(jié)發(fā)揮不同的效用，極大提高數(shù)據(jù)利用能力。因為工業(yè)大數(shù)據(jù)的多元異構(gòu)性，為了解決一致性的問題，因為工業(yè)數(shù)據(jù)的存在，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享的同時，還可以在大量的數(shù)據(jù)資源中自動的發(fā)現(xiàn)特征，從而為技術的創(chuàng)新提供強大的后盾和技術支持5關于網(wǎng)絡技術的描述(1）邊緣+scad平臺邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，處于物理實體和工業(yè)連接之間，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡服務響應，而云端計算可訪問邊緣計算的歷史數(shù)據(jù)。緣計算技術應用，將通過本地設備實現(xiàn)控制而無需交由云端，處理過程將在本地邊緣計算層完成，大大提升處理效率，減輕云端的負荷。由于更加靠近用戶，還可為用戶提供更快的響應，將需求在邊緣端解決。廣州華凌公司將邊緣計算技術運用到空調(diào)生產(chǎn)加工生產(chǎn)中，利用美的SCADA平臺實現(xiàn)生產(chǎn)設備互聯(lián)互通、協(xié)議解析以及邊緣數(shù)據(jù)的分析聚合。經(jīng)過邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)處理，無需將所有原始數(shù)據(jù)傳到云端，同時提高了生產(chǎn)體系閉環(huán)控制的實時性。(2)sdn技術應用目前分層割裂的工業(yè)控制網(wǎng)絡架構(gòu)嚴重阻礙了信息的高效互聯(lián)，需要構(gòu)建新的扁平的工業(yè)控制網(wǎng)絡架構(gòu)。同時，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的工廠內(nèi)網(wǎng)正在向著一個IT與OT融合趨勢發(fā)展。因此，基于SDN的工業(yè)融合互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)憑借既能夠?qū)崿F(xiàn)扁平化，又能將IT與OT完美融合成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的首選。此次廣州華凌公司采用了SDN網(wǎng)絡技術，在網(wǎng)絡中部署了1套SDN控制器，2臺模塊化SDN核心交換機，12臺SDN匯聚交換機，構(gòu)建了完整了SDN網(wǎng)絡拓撲。實現(xiàn)了2個關鍵價值：柔性網(wǎng)絡與極簡運維。分別帶來效益的是業(yè)務靈活調(diào)整，網(wǎng)絡穩(wěn)定可靠。6基于ai的算法優(yōu)化廣州華凌公司的智能工廠項目運用圖像質(zhì)檢、故障預測、參數(shù)推薦等人工智能技術，實現(xiàn)了品質(zhì)、效率、管理等方面的提升。例如，設備AI基于訓練數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)反復訓練、收集反饋、注重評價、迭代優(yōu)化，完善機器學習分類模型，推薦不斷精準的工藝參數(shù)；通過在產(chǎn)線增設AI圖片質(zhì)檢功能，針對人肉眼極難分辨的劃痕、氣紋、黑點等問題，通過工業(yè)相機、光源，配合機器人，可快速獲取注塑件各個部分的圖片樣本，通過AI算法能力快速檢測出注塑件的問題，配合機器人將不良品抓取剔除。7工廠網(wǎng)絡改造(1）邊緣計算技術的運用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時邊緣處理?？照{(diào)在加工的時候，有時會因為通訊的延時，導致產(chǎn)品會產(chǎn)生缺陷，項目通過SCADA系統(tǒng)與邊緣計算技術的結(jié)合解決因網(wǎng)絡原因而形成的延遲和不確定性。首先，項目通過SCADA平臺實現(xiàn)設備互聯(lián)互通。其次，SCADA的邊緣業(yè)務應用主要體現(xiàn)在實時性、短周期、本地決策的場景，通過業(yè)務實時處理與確定性時延，數(shù)據(jù)處理與分析和安全保護與云計算協(xié)同，實現(xiàn)邊緣報警處理、設備自動保障、SPC實時工藝參數(shù)監(jiān)控等。(2）基于SDN技術改造工廠網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸及快速響應。項目參考工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準模型，結(jié)合廣州華凌工廠實際情況，采用SDN等柔性網(wǎng)絡配置技術，進行工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡改造。除了具備傳統(tǒng)基礎網(wǎng)絡架構(gòu)之外，還提供SDN控制器，提供軟件定義能力，通過控制器上層接口開放，允許第三方業(yè)務進行開發(fā)調(diào)用，快速提供新的功能。此外，實現(xiàn)了網(wǎng)絡設備自動化上線。網(wǎng)絡設備開箱上電后自動加載軟件版本，加載設備配置，運維人員零干預啟動。(3）工業(yè)云平臺的運用，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲、分析和處理。