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从本地监测到边缘计算,物联网网关还有多少路要走?

导读: 在工业发展早期,数据采集的意识才刚刚出现的时候,由于传感器的匮乏加上传输技术的落后,大多都是依靠人工进行数据计量。人工计量的弊端不言而喻,耗时耗力并且能够检测的范围是非常狭窄的,所以人工计量的方式很快就被工厂生产的需求给淘汰。

工厂里每一台设备都在产生数据,从设备数据的角度来看,可以从庞大的数据背后挖掘、分析设备意外停机的形成原因、良品率提高的方式等,还能找出更好的设备维护方式,从而提高工厂整体的生产效率,这是工业领域大数据的价值。那么设备数据的采集、传输、监测成为其中关键步骤,在市场需求不断更新以及技术提升中,物联网智能网关就此出现,要更好地了解它的价值和出现的契机,要从设备机器数据的采集、传输、监测过程发展历程说起。

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在工业发展早期,数据采集的意识才刚刚出现的时候,由于传感器的匮乏加上传输技术的落后,大多都是依靠人工进行数据计量。人工计量的弊端不言而喻,耗时耗力并且能够检测的范围是非常狭窄的,所以人工计量的方式很快就被工厂生产的需求给淘汰。

初期的本地监测,数据采集的首次尝试

真正意义上的数据监测应该从本地监测开始。通过有线网络将设备总控和 PLC 或者 HMI 连接起来,进行本地的人机交互和信息交换,设备上的数据比如设备轴承温度、转速等数据直接显示在 PC 或者 HMI 上面。

而显示器需要近距离地安装在设备总览旁边,同时需要人员一天 24 小时的监控以及反馈。此时,人工的力量还是占了主导地位,如果依靠肉眼监测终端显示的数据并且要做出比较及时的反馈,工人需要轮班制不说,数据的反馈其实还是非常滞后和不精准的。作为管理人员也无法及时了解工厂的数据,给出相应的决策判断。

由此可以看出本地监测的实际意义不大,只是停留在简单的数据统计工作上。

以太网出现,延伸物理传输距离

由于本地监测局限性太大,人们开始把以太网等有线宽带技术运用在数据采集、传输上,数据的传输在范围上有了一定的延伸。当工业设备节点接入传感器,通过一定的转换到达以太网,再到达终端显示。就传输范围而言,在原有范围基础上是有了一定的拓展。

但是中间存在的协议标准差异导致通信并不能畅通无阻,且有线网络的固有限制就是无法远程监测,这又一次给工业数据市场提供一个巨大的需求。如何扩大传输范围?如何支持更多的协议,满足不同的工业生产场景?以太网的数据传输显然不能够满足真实生产环境中对于数据的远程监测需求。

网关的出现,适配更多协议标准

真实的生产环境本身就很复杂,加上实际距离的限制,远程的数据传输成为了工业数据方面亟待解决的痛点。如何让数据能够低成本且高效地传输到云或者远程终端,成为行业重点的研究对象。

伴随着 2G/3G/4G 网络、Wi-Fi、蓝牙等无线网络传输技术的出现,数据的远程传输问题出现转机,但多种通信协议的多重协议标准也阻碍了设备与设备之间的“对话”。此时为了能够适配更多协议标准,网关的出现非常及时,在通信协议和数据之间,网关是一个翻译器,与网桥只是简单地传达信息不同,网关对收到的信息要重新打包,以适应系统的需求。

网关的转换能力结合无线通信协议技术,大大提高了物联网延伸距离,但物联网技术也面临一些独特的挑战。其中一个挑战是,受限于系统内存、数据存储容量和计算能力,很多物联网节点无法直接连接基于 IP 的网络,这样就难以做到万物互联。而物联网网关可以填补这块空白,在基于IP的公共网络与本地物联网之间架起一座网络桥梁,使用在不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间。

通俗来讲,有了工业网关,所谓的 M2M 不再是狭义上机器与机器的对话,而是设备、系统、人之间没有障碍的沟通。

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但是沟通没有障碍,那沟通的效率如何?有效信息有多少?除了数据采集、传输,能否承担更多的功能?由于数据通过网关转换,再上传至云端计算分析,中间的时差导致无法及时地反馈实时数据….这些都是传统网关做的不够好的地方,理所当然也成为了工业网关设计的一个重点突破口。

现代物联网智能网关,推动设备预测性运维

现代物联网智能网关,在物联网时代扮演非常重要的角色,它不仅是连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备,物联网智能网关可以实现感知网络与通信网络,以及不同类型感知网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联。此外物联网智能网关还需要具备设备管理功能,运营商通过物联网智能网关可以管理底层的各感知节点,了解各节点的相关信息,并实现远程控制,特有的物联网边缘计算能力,让传统工厂在数字化转型的过程中实现了更为快速、精准的数据采集及传输。

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边缘计算能力,给工厂设备带来两大好处:

首先网关自身的数据分析计算能力实现数据到达网关这一层就能完成聚合、优化、筛选,通过将采集数据进行本地预分析,从而让设备作出直接反应,在此同时将结果和高价值数据再上传云端,这样管理者几乎可以零时差收到反馈。

其次在网关这一层就将设备的大量状态数据过滤、优化掉,减少海量数据上传的网络压力。这样工业网关就不再是狭义的翻译器,同时也承担了过滤的作用。

结合数据的采集、高效传输、以及快速分析能力,真正地做到设备的实时状态监控,以及使用大数据分析来检测设备隐患,从而预先判定设备发展趋势和可能的故障模式,提前制定预测性维护计划。

物联网智能网关的特点

支持远程更新维护,这一功能的实现基于软件开发的工业网关。例如 Ruff 的物联网智能网关可随时根据软件的升级,添加支持协议,对外提供基于 JS 语言的开发接口,只需下载相应的配置应用即完成对硬件产品功能的修改。在网关使用过程中出现了问题,也无需去现场进行维修只需利用 Ruff Explorer 远程管理工具在软件层面进行修改即可,从远端提前发现和解决隐患,使维护更智能,设备运行更稳定可靠。

其次,在兼容性方面,现代物联网智能网关也具有超强的兼容性,采用即插即用的设计理念,兼容主流厂商的设备和协议,提供协议的下载和二次开发接口使得兼容变得更加容易。由于是在软件层面控制硬件网关,这样一来工厂在转型过程中不需要花费大成本来替换适配网关的设备,简单修改软件层面逻辑即可。

目前国内一些公司比如华为、Ruff(南潮)生产的边缘计算网关、物联网智能网关已经在真实的生产环境中有了多次成功的实践,在人造板行业、汽车制造业、木材加工行业帮助客户快速高效地接入设备,采集传输数据,并且通过其本身的边缘计算能力可以就近提供边缘智能服务,满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。对于人力成本、设备维修成本、时间成本的降低是非常有价值的,这也将是很多中小型工厂在工业 4.0 转型之战中核心竞争力之一。

当然,网关的技术能力及工业需求目前还没有到达终点,随着市场的需求越来越高以及物联网技术的不断提升,相信功能更加全面的工业网关会不断更新出现,为物联网未来的发展提供更好的服务。

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