Skip to main content

工业 4.0:从物理连接到云

工业物联网 (IIoT), 工业 4.0

具有前瞻思维的制造商都希望借助边缘人工智能和计算机视觉等变革性的技术来提高敏捷性、促进生产力并降低成本。但是,谁曾想到简单地将工业端点连接到云会成为一个巨大的障碍。

这是一个硬件方面的挑战,起因是当今存在各种各样的工业通信协议。有数百种标准和定制的工业协议。遗憾的是,他们中的许多协议都使用不同的物理接口。

比方说一些最流行的工业协议。串行、显示器、工业以太网、数字和通用通信,它们全都使用不同的物理接口。对于具有标准接口集的现成网关解决方案而言,这种多样性可能会带来问题,因为许多工业应用需要定制的混合 I/O。空间和资源在行业中也非常珍贵,所以您不必去负担那些极少使用的无关连接费用。

硬件互操作性的缺乏会迫使潜在的工业物联网用户选择以下两条路径之一:利用菊花链连接不同的协议转换网关,以获得应用所需的全部 I/O,或者构建自定义的解决方案。

无论哪种方式,结果都可能代价高昂。

灵活的接口适用于特定应用的物联网

American Portwell Technology 是工业 PC 和嵌入式计算解决方案的供应商,他们提供了一种替代方案。其模块化的 KUBER-2000 系列采用混合方法应对 I/O 挑战,开箱即用的系统在提供成本优势的同时,仍然具有灵活性(图 1)

Portwell 网关产品展示了可用的 I/O 端口范围
图 1。Portwell KUBER-2000 系列工业网关解决方案可满足各种不同的工业物联网的 I/O 要求。(来源:American Portwell Technology, Inc.

六个 KUBER-2000 IPC 中的每一个都利用了基于双核或四核英特尔® 赛扬® N3350 或英特尔凌动® E39XX 处理器和标准 I/O 套件的通用技术基础。这些接口包括:

  • 双千兆以太网端口
  • 至少两个 USB 3.0 端口
  • 二针接线端子
  • DisplayPort 连接

除此之外,Portwell 还以不同方式扩展其 SKU 之间的连接性,以满足应用的特定需求。例如,KUBER-212A 提供隔离噪声的 LAN 和 COM 端口以提高系统容错能力,而 KUBER-212B 则支持 GPIO 和 CANbus 以允许该系统用于自动化控制。

总的来说,KUBER 平台支持多种无线通信,包括 Wi-Fi、蓝牙、GPS/GNSS、LoRa 和 4G/LTE。以及 MQTT、OPC-UA、Profinet/bus、Modbus 和 PLC 61131-3 软件堆栈。以上只是平台及其各种接口原生支持的,以自动化为中心的协议中的一小部分。

因为建立在通用模块化硬件架构上,开箱即用的工业 4.0 网关产品组合可以承担任何用户需要的功能,从物联网边缘管理器或 PoE 交换机,到 SoftPLC 或无人搬运车 (AGV) 控制器等。

与云端的通用连接

这些系统必须能够在现场总线级别进行通信,以便在系统间和向云端传递重要的数据。虽然全平台接口和协议栈支持非常适合边缘连接,但它们仍然需要帮助才能将信息传输到企业。

Portwell 的工程师通过采用嵌入式技术标准化组 (SGeT) 通用物联网连接器 (UIC) 标准作为 KUBER-2000 软件堆栈的一部分,实现了这一目标。

UIC 是一个连接框架,允许嵌入式设备使用 MQTT 或 XRCE 消息协议与云基础设施交换数据。UIC 将采用不同协议的各个端点连接到一个由数百个设备组成的单一异构网络。

与硬件无关的开源行业标准由三部分组成:

  • 嵌入式驱动程序模块 — 通过上述接口将嵌入式系统连接到外围设备或其他系统的驱动程序。
  • 通信代理 — 用于初始化基于云的应用程序服务器并与之通信的软件组件。
  • 项目代理 — 是一种配置工具,用于指示嵌入式系统使用哪些外围设备、如何处理数据以及将数据传输到通信代理的频率。

这些 UIC 模块支持远程管理和连接到 500 多个云解决方案。其中之一的 Microsoft Azure 物联网,最近将 KUBER-2000 系列认证为其生态系统的一部分。

工业级的标准要求工业级的可靠性

工业物联网具备让制造运营发生变革的潜力。但是,如果运行边缘到云应用程序(从预测性维护到员工安全)的设备无法高效且经济地进行通信,则其优势便荡然无存。

无论是传统还是新型设备,互操作性和标准是工厂中衔接所有设备的基石。而支持开放软件的模块化硬件则是非常好的切入点。

作者简介

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

Profile Photo of Brandon Lewis