文章

如何为边缘计算选择合适的控制器硬件?

2019-11-08Eric Reiner

131阅
工业计算机提供了不同的处理能力、各异的外形尺寸,以及在新应用程序或老旧系统中实施边缘计算策略时工程师必须考虑的认证。

    在云连接的工厂中,边缘计算具有许多优点。利用就地控制器采集过程数据,并在将其发送到云端之前进行分析,工程师可以在人机界面(HMI)上将生产数据可视化、监控机器运行状况、调度预测性维护以及最小化数据上载成本。边缘计算还严重依赖于网络、软件、算法和通信协议,例如消息队列遥测传输(MQTT)、高级消息队列协议(AMQP)或OPC统一架构(UA)。

    控制器硬件是边缘计算中经常被忽视的一个因素。虽然边缘计算能否成功,受到诸多因素的影响,但在某种程度上应用是否可行取决于硬件。安装高质量的、基于PC的控制器非常重要,它们可以处理在设计和调试新的物联网(IoT)机器时至关重要的高级数据采集、处理和云通信任务。在改造具有边缘计算功能的传统设备时,开放的、基于PC的硬件更为重要,传统的设备往往需要额外的步骤来获取工厂数据。

    因此,在选择合适的边缘计算设备时,需要考虑的关键因素包括:

    • 设备能够安装在狭窄的控制柜中;

    • 外壳材料的质量;

    • 处理能力;

    • 在CPU核之间分配任务的能力。

    合适的硬件,也可能因应用而异。了解可用选项,是确保成功实施边缘计算项目的第一步。

处理能力和定制

    用于边缘计算的控制器,必须能够处理大量数据,同时还能完成其它自动化任务。现在的工业计算机(IPC),可提供多层次的处理能力和内存,确保每种应用和价位都有适当的硬件。IPC 应提供灵活性,以便定制如何使用可用的处理器内核。

边缘计算

图1 :除了满足边缘计算需求之外,超紧凑的IPC 还可以简单地用作附加网关设备或执行机器控制。本文图片来源:倍福

    边缘计算设备通常可以采用从单核到4核的各种处理器, 速度从400MHz到1.6GHz不等。多核IPC和嵌入式计算机具有更高级的选项,4到40个内核,速度为2.2GHz。

    在审查这些规格时,选择合适的自动化软件也很重要,以便用户将特定任务分配给某个内核,并使CPU以最高效率运行。这还能确保IPC可以在同一个设备上执行多任务并容纳更多功能。例如,利用4 核CPU,在核0上运行可编程逻辑控制器(PLC),核1上运行运动控制, 在核2上运行HMI,这样,工程师就可以在核3上运行边缘计算活动。

    就地数据存储和RAM功能也规格各异。一些IPC可以提供从512MB微型SD卡到960GB的固态硬盘驱动器,还可选择在需要时添加第二个存储设备以获得更大的空间,以及从1GB到64 GB不等的DDR4 RAM。另一方面,功能更强大的IPC可提供高达1TB的DDR4-RAM EEC或者在3.5英寸的硬盘上提供4TB甚至更大的存储容量。与处理能力一样,特定应用决定所需的存储量。例如,具有先进视觉系统的尖端装置需要更多的内存和处理能力,而不太复杂的项目则不需要。

    在新建的边缘计算应用中, IPC可能会控制机器、生产线,并根据实时过程数据进行分析和校正。在改建装置中,实现这种级别的控制需要进行升级,对于希望收集和利用更多过程数据的工程师来说,这并没有太大的吸引力。如果没有淘汰更换政策,IPC可以轻松地从传统现场总线和PLC收集数据,使用高级算法对其进行过滤和分析,并将所需信息发送到云端。

外形和材料选择

    边缘设备必须适合于工厂环境和外壳。根据所制造产品的不同,生产环境可能非常热,也可能非常冷,现有控制柜通常无法容纳更多热量。采用外形紧凑的IPC和嵌入式计算机,可以承受极端温度并支持多种应用类型。

IPC

图2 :IPC提供了不同的处理能力、各异的外形尺寸,具有机柜安装和DIN导轨安装选项,适用于各种边缘计算应用。

    例如,带有坚固金属外壳的IPC可以集成到各种空间中,可选择机柜安装或DIN 导轨安装。坚固耐用的金属结构,确保其可以在更多的工厂环境中使用,如果配备合适的散热器或风扇时,它还可以最大限度地降低外壳过热的风险。此外,选择适当的处理器还可以最大限度地降低高温带来的风险。多种连接器端口,如千兆以太网、USB 2.0和3.0,DisplayPort(视频电子标准协会连接器标准),以及可扩展的存储器和RAM,使这些IPC成为优秀的边缘设备,可用于需要最高性能的新应用以及需要边缘功能的现有系统。

    在实施新的控制系统时,嵌入式计算机还提供了其它好处。这些DIN导轨安装的控制器,可直接连接到控制柜中的输入/ 输出(I /O)模块,进一步减少所需的硬件空间和布线要求。配置了工业级塑料或金属外壳的嵌入式PC,运行时具有最小的散热量,运行温度可高达50℃,低至-25℃。

    对于希望升级或实施新的基于PC的控制系统的工程师来说,投资改造机柜所需的最小努力是值得的。然而, 对于那些希望增加数据采集和分析功能的人来说,如果无法对系统架构进行根本性改变,则可以通过IPC提供一个具有多种选择的解决方案,以近乎即插即用的方式满足应用需求。

控制器

图3 :嵌入式计算机直接连接到I/O模块,可提供出色的边缘计算选项,来控制机器和系统、分析数据并将数据从边缘发送到云端。

认证和软件协助

    要确保工程师努力的方向正确,需要及时检查硬件、软件和网络因素,但他们可能会遇到相似的选项,难于抉择。此时, 检查产品认证和软件功能,也许可以打破僵局。

    根据所用云服务的不同, 经微软Azure认证的IPC或经亚马逊网络服务(AWS)认证的控制器,可以提供更好的选择。具有多个认证的控制器,旨在确保云服务发生变化时,工程师无需对硬件进行更改。基于PC的控制器非常适合公共和私有云系统。

    此外, 基于PC的控制器为边缘计算应用提供最佳的操作系统和处理能力。工程师应确保任何边缘设备都支持微软的Win10物联网操作系统,并且能够应对未来可能的升级。边缘计算的目标是未来的持续改进。通过选择合适的软件和硬件,成功实施边缘计算可以提高机器性能,减少停机时间,提高产量,并尽可能确保工厂的高效和竞争力。 

责任编辑:杨培
读者评论 (0)
请您登录/注册后再评论