使用多协议旧系统的工厂实现工业4.0的途径

背景

如今，旧系统在工厂运营中仍然扮演着重要角色，大约 90% 的工厂仍然依靠传统旧资产来完成各种任务，其系统和通信协议通常各不相同。

工业现场使用不同的协议使得设备之间互操作性差和缺乏新的通信技术是当代企业数字化转型过程中急需清除的绊脚石。但值得庆幸的是，目前已有多种解决方案可以用来应对多协议共存的旧系统的挑战。

解决方案：

NO.1 OPC 统一架构 （OPC UA）

统一传统的机器跟机器之间的通信需要一个支持工业设备和系统的开放式框架，OPC 基金会便提供了定制的服务器和硬件，以支持整个工厂的通信。例如，OPC UA 提供了开发有不同专有系统的传统资产组成的互联网络实体环境所需跨平台的支持和服务。

边缘计算

如今，边缘计算已成功解决了多种系统带来的挑战和问题。这种技术能够将低延迟计算直接引入工厂车间，而无需依赖集中式计算平台，从而为工业 4.0 的实现提供了繁多的应用用例。

在具有多种不同协议的传统系统中，边缘硬件可以在其中发挥重要作用。这里所说的边缘硬件指的是：具有计算资源的硬件，可用于捕获数据、处理数据或促进数据传输。因此，支持具有模拟系统的工业设备的边缘硬件，如人机接口 （HMI）/边缘网关 设备，可以接入旧资产中，充当旧设备的通信终端。通过配置，HMI/网关可实现传输数据、收集数据或将设备连接到现有网络的功能。

边缘设备能在云计算与工厂车间最深处之间架起“沟通”的桥梁。它不仅可以在工厂车间实现低延迟计算，同时还能够从云端发送和接收数据。如此一来，边缘设备的协作功能使其成为了将信息从云端传输到旧系统的有效渠道。

尽管实施工业 4.0 时统一架构的呼声已经活跃了几十年，但工业 4.0 的供应商仍只为最终用户开发专有设备和系统。工业现场各种使用不同协议的设备/系统使得企业在创建互联工厂车间时面临很多挑战。

为了解决现代设备和自动化系统（如物料处理系统）在实施工业4.0时的困难，很多企业开始采用边缘计算。

在棕地设施中，边缘计算能够以不同的方式扩展互连网络实体系统(CPS)网络。在棕地设施中，工业边缘平台比边缘硬件具有更重要的作用。现代设备选项通常配备通信功能，如无线功能，这意味着能将其直接插入集中式工业边缘或云平台。

注：棕地设施指的是指废弃的、闲置或没有得到充分利用的工业或商业用地及设施。

计算机数控 （CNC） 机器等现代工业设备由于其捕获、处理和传输数据的能力，可被视为边缘设备。因此，棕地设施中的工业 4.0 实现通常用于预测性维护和数据驱动的优化任务。

为了优化这些设施，就需要一个更大的计算平台，能够收集和处理来自不同设备的无限的工厂车间数据。此时，OPC UA 能够为其提供统一的通信框架，而边缘平台为复杂的数据分析提供集中的计算资源。

在同时拥有现代和传统资产设备的工厂中，边缘计算也为这些系统与各种协议的统一提供了途径。在这些工厂中，由于流程费用高，以及传统资产与现代设备协同工作的技术限制，通常要避免重新连接旧系统和设施。

而部署边缘硬件能够扩展互连网络实体系统(CPS)网络，并创建现代和传统设备都能连接到设施范围内的网络的互连环境。边缘计算的多功能性促使工业企业在未来三年内会将大约 30%的 IT 预算用于边缘侧应用。

边缘计算是工业 4.0 实现的未来，因为它支持工厂车间最深处和传统设备的低延迟计算。

此外，使用边缘硬件将会大大降低更换传统设备的成本和在购买新设备后新旧技术之间的联通的难度，使系统集成各种协议，并支持近乎实时的工业自动化，从而将工业 4.0 的优势带到工厂车间。

附录

考虑到非常特定的应用程序，我们将eSMART简化为最基本组件，功能强大，美观，性价比极高。
设备的前部保持了IP66的防护等级，并通过了全球低成本行业所不具备的认证，可在最危险的环境中使用。配套软件JMobile的独特连接能力（X平台内的软件）使eSMART可以与庞大的关键协议库以及OPC UA标准和pub /通信子服务器和客户端。