使用云進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程訪問(wèn)，可以改善運(yùn)營(yíng)、降低成本并簡(jiǎn)化交互。
實(shí)施基于云的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，通常是實(shí)施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和工業(yè)4.0 應(yīng)用以改進(jìn)數(shù)據(jù)可視化的第一步。本文將討論如何使用合適的協(xié)議將數(shù)據(jù)記錄到云，并涵蓋諸如數(shù)據(jù)操作和通知之類的功能，并將討論一個(gè)特定的應(yīng)用案例，以展示如何開始使用基于云的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。
基于云的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與內(nèi)部部署系統(tǒng)相比，基于云的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。全球云連接僅需要通過(guò)有線、Wi-Fi 或蜂窩鏈接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。本地連接要復(fù)雜得多，特別是位于異地的用戶。
基于云的數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以在幾小時(shí)內(nèi)建立，只有很少或沒(méi)有前期資本支出，并且可以通過(guò)與云服務(wù)提供商相對(duì)簡(jiǎn)單的交互，在幾分鐘內(nèi)擴(kuò)展數(shù)據(jù)系統(tǒng)。相比之下，設(shè)置本地?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)總是需要大量的前期資本支出和信息技術(shù)（IT）專業(yè)知識(shí)，并且擴(kuò)展可能非常困難、昂貴且耗時(shí)。
鑒于上述以及其它優(yōu)勢(shì)，基于云的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和其它服務(wù)，正在各種商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中快速增長(zhǎng)。隨著應(yīng)用規(guī)模的快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致價(jià)格下降，從而更具經(jīng)濟(jì)性。簡(jiǎn)而言之，云服務(wù)公司為成千上萬(wàn)的用戶提供IT 基礎(chǔ)設(shè)施，比每個(gè)用戶設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)自己的基礎(chǔ)設(shè)施要便宜得多。
在云中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及對(duì)云的訪問(wèn)，允許用戶通過(guò)數(shù)據(jù)可視化獲得洞察力。可配置的儀表板，使用小工具用于遠(yuǎn)程查看，允許從連接到互聯(lián)網(wǎng)的任何設(shè)備（如筆記本電腦、PC、智能手機(jī)或平板電腦）中可視化基于云的數(shù)據(jù)（參見(jiàn)圖1）。這些數(shù)據(jù)可以輕松地與其它用戶共享，可以根據(jù)需要下載以進(jìn)行分析。
圖1 ：基于云的應(yīng)用，允許用戶從任何地方訪問(wèn)和可視化數(shù)據(jù)，以獲得對(duì)機(jī)器或流程的洞察力。本文圖片來(lái)源：Automation Direct
數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄可以是本地的、基于云的，也可以是兩者的組合。許多可編程邏輯控制器（PLC）和人機(jī)界面（HMI）包括板載內(nèi)存，用于存儲(chǔ)SD 卡或USB 驅(qū)動(dòng)器上的本地?cái)?shù)據(jù)（參見(jiàn)圖2）。工業(yè)工廠或設(shè)施也可以配置由IT 部門維護(hù)的基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
圖2 ：HMI觸摸面板可為SD卡或USB驅(qū)動(dòng)器提供本地?cái)?shù)據(jù)記錄。
由于數(shù)據(jù)記錄到云上的可能性增加，可以創(chuàng)建和維護(hù)基于云的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，或使用服務(wù)提供商提供的端到端解決方案。創(chuàng)建基于云的數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要一定程度的IT 專業(yè)知識(shí)。例如，亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS）作為一家主要的云服務(wù)提供商之一，為那些希望托管自己基于云的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組織提供所需的諸多功能。
另一種方法是訂閱端到端服務(wù)，提供托管虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）的數(shù)據(jù)記錄（參見(jiàn)圖3）。這些類型的服務(wù)通常以每月訂閱的形式提供，其成本基于記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量。這種類型的解決方案為將數(shù)據(jù)記錄到云并在全球范圍內(nèi)訪問(wèn)以實(shí)現(xiàn)可視化和其它目的提供了一條快速的道路。雖然每個(gè)數(shù)據(jù)記錄解決方案都沒(méi)有VPN 路由器，但使用一個(gè)VPN 路由器可提供所需的安全性以及遠(yuǎn)程訪問(wèn)和編程功能。
圖3 ：安全VPN 路由器是端到端遠(yuǎn)程訪問(wèn)和數(shù)據(jù)記錄解決方案的關(guān)鍵組件。
協(xié)議和路由器配置借助IIoT 的實(shí)施，可用數(shù)據(jù)量大幅增加，但為了滿足可靠性和安全性的相應(yīng)需求，可能會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率并出現(xiàn)其它問(wèn)題。隨著工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的不斷發(fā)展，一些較新的協(xié)議，如消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）等，給工業(yè)用戶帶來(lái)了更好的解決方案。許多VPN 路由器使用較新的協(xié)議以及工廠常用的多種通用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，同時(shí)提供所需的安全性。
由于資源要求低、可靠性高，即使在低帶寬網(wǎng)絡(luò)上也是如此，MQTT 已經(jīng)成為數(shù)據(jù)記錄到云最常見(jiàn)的協(xié)議之一。MQTT 使用發(fā)布- 訂閱方法，而不是使用客戶端不斷從服務(wù)器輪詢新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求- 響應(yīng)系統(tǒng)。使用發(fā)布- 訂閱模式，遠(yuǎn)程系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)發(fā)布到代理，遠(yuǎn)程客戶端可以訂閱此數(shù)據(jù)。
MQTT 使用單個(gè)代理，通過(guò)該代理發(fā)布和訂閱所有數(shù)據(jù)流。多個(gè)服務(wù)器不需要響應(yīng)多個(gè)設(shè)備，從而減少了網(wǎng)絡(luò)流量。MQTT 提供卓越的安全性，僅在請(qǐng)求時(shí)使用出站通信。對(duì)于運(yùn)行自己的服務(wù)器或可視化平臺(tái)的用戶，需要支持MQTT 的PLC 或HMI 才能將數(shù)據(jù)發(fā)布到代理，而端到端解決方案具有此類功能, 通常內(nèi)置于數(shù)據(jù)記錄器或VPN 路由器。
一種流行的端到端解決方案使用的VPN 路由器可支持多種工業(yè)協(xié)議， 包括ModbusTCP、EtherNet/IP、西門子S7、OPCUA和BACnet 等， 允許從支持這些協(xié)議的任何組件（如PLC 和HMI）收集數(shù)據(jù)。相對(duì)較少的工業(yè)PLC 和HMI 組件支持MQTT，但大多數(shù)都支持這些協(xié)議中的一個(gè)或多個(gè)。
具有數(shù)據(jù)記錄功能的VPN 路由器通常在幕后使用MQTT 技術(shù)，因此用戶可以使用最常見(jiàn)的工業(yè)協(xié)議，而不是首先將它們轉(zhuǎn)換為MQTT。通過(guò)識(shí)別每個(gè)組件要監(jiān)控的標(biāo)簽，在路由器中配置數(shù)據(jù)記錄，然后路由器將數(shù)據(jù)記錄到云中，無(wú)需PLC 或HMI 編程。
數(shù)據(jù)操作和通知在進(jìn)行可視化或通知之前，通常需要清理和操作數(shù)據(jù)。在源頭，數(shù)據(jù)通常被清除以消除噪點(diǎn)，然后僅在異?！簿褪撬l(fā)生變化時(shí)，發(fā)送到云，從而可以大大減少?gòu)恼军c(diǎn)到云的數(shù)據(jù)流量。如果發(fā)生報(bào)警或事件，則可以在確定的時(shí)間段，將傳輸模式切換到發(fā)送每個(gè)讀數(shù)到云，以幫助分析。根據(jù)應(yīng)用的不同，通常采用其它方法在源頭對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清理和操作。
將數(shù)據(jù)記錄到云后，用戶需要一種方法將其可視化。許多端到端解決方案，允許實(shí)時(shí)監(jiān)控和創(chuàng)建用于數(shù)據(jù)可視化的小工具。儀表板通常用于在預(yù)先配置的時(shí)間段內(nèi)添加、刪除、編輯和查看實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)報(bào)告。實(shí)時(shí)監(jiān)控功能使在云中顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)成為可能，從而可以近乎實(shí)時(shí)地了解機(jī)器或流程的運(yùn)行情況。
窗口小工具可用于將實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)顯示為數(shù)字值，或顯示為布爾狀態(tài)（如真或假）?？捎糜趲椭梢暬瘮?shù)據(jù)的典型圖形，包括用于在可配置范圍內(nèi)顯示數(shù)值的儀表和用于繪制數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的圖表。還有模板用于幫助快速顯示云數(shù)據(jù)。
具有數(shù)據(jù)標(biāo)簽和記錄值的表以及固定間隔的條形圖，是用于顯示數(shù)據(jù)的其它常用工具。可以通過(guò)使用公式來(lái)制定數(shù)據(jù)報(bào)告，以在選定的時(shí)間段內(nèi)自定義數(shù)據(jù)視圖。典型的公式包括平均值、最小值、最大值、中值、模式、范圍、總和、第一個(gè)和最后一個(gè)值?？梢耘渲脠?bào)警和通知，以在參數(shù)超出預(yù)定義范圍時(shí)通知用戶。例如，可以將報(bào)警配置為在機(jī)器發(fā)生故障、需要維護(hù)或溫度過(guò)高時(shí)通知特定人員。
通過(guò)簡(jiǎn)單的配置，用戶就可以啟用云通知功能，以根據(jù)預(yù)定義的機(jī)器或過(guò)程條件向工作人員發(fā)出報(bào)警。這些通知可以分為低、中或高優(yōu)先級(jí)，允許用戶選擇它們想要接收的通知。
適合的云解決方案云適用于小型、中型和大型公司記錄、訪問(wèn)和可視化數(shù)據(jù)。入門成本是非常實(shí)惠的硬件和數(shù)據(jù)訂閱（免費(fèi)或基于所提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)按月付費(fèi)），配置也很快。
下面讓我們看看系統(tǒng)集成商Woodwest 控制公司的案例。在創(chuàng)始人Chris Kregoski 的帶領(lǐng)下，該公司致力于釀造、廢水和其它項(xiàng)目。Kregoski 于2014 年在其地下室開設(shè)了該公司，并迅速擴(kuò)大了業(yè)務(wù)范圍，為財(cái)富1000 強(qiáng)公司提供服務(wù)，同時(shí)保持對(duì)卓越服務(wù)和客戶滿意度的承諾。Kregoski 還擁有一家釀酒廠，并為自己和客戶的釀酒廠，從頭到尾設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。此外，它的公司還支持麥芽制作公司，在進(jìn)入啤酒廠之前對(duì)谷物進(jìn)行處理。
微釀造是一種半自動(dòng)化的過(guò)程，釀造者整天都在不斷地檢查罐和容器的溫度。監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，接收每批流程完成的報(bào)警以及創(chuàng)建歷史數(shù)據(jù)記錄，從而提高生產(chǎn)率和產(chǎn)量、改善質(zhì)量控制。
Woodwest 控制公司使用AutomationDirect 公司的StrideLinx 解決方案來(lái)監(jiān)控客戶現(xiàn)場(chǎng)安裝的自動(dòng)化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的主要組件通常是HMI 和PLC。PLC 控制發(fā)酵罐中、澄清啤酒時(shí)brite 罐的溫度。這些儲(chǔ)罐需要保持在特定的溫度下，必須由釀造者密切監(jiān)控（見(jiàn)圖4）。
圖4 ：使用托管V PN 解決方案，將記錄到云中的發(fā)酵容器溫度數(shù)據(jù)顯示為實(shí)時(shí)圖形數(shù)據(jù)。
StrideLinx 配置為記錄儲(chǔ)罐和支撐系統(tǒng)的溫度，例如乙二醇儲(chǔ)存。第2 天釀造的儲(chǔ)罐溫度使用StrideLinx 平臺(tái)上的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，提供近乎實(shí)時(shí)的溫度顯示。使用帶2 個(gè)面板的儀表板監(jiān)測(cè)14 個(gè)發(fā)酵容器和6 個(gè)brite 罐的溫度，1 個(gè)用于發(fā)酵罐，1 個(gè)用于brite 罐。
通過(guò)簡(jiǎn)單的配置，添加報(bào)警以通知員工某個(gè)步驟即將完成。一旦這些半自動(dòng)化過(guò)程配置了過(guò)程完成報(bào)警，就可以提高生產(chǎn)率和產(chǎn)量。乙二醇還配置了高溫或低壓報(bào)警，以確保罐的適當(dāng)冷卻并提高質(zhì)量。
當(dāng)涉及到云時(shí)，先想一想通過(guò)將數(shù)據(jù)記錄到云并從中訪問(wèn)可以為企業(yè)帶來(lái)哪些價(jià)值。通過(guò)云獲得的數(shù)據(jù)和分析可用于提高機(jī)器和過(guò)程效率。用戶可以通過(guò)這些連接隨時(shí)了解生產(chǎn)量、過(guò)程狀態(tài)、系統(tǒng)報(bào)警、原材料使用、能耗和維護(hù)需求等。
使用合適的云解決方案，可以輕松地從一個(gè)站點(diǎn)開始小規(guī)模并嘗試遠(yuǎn)程訪問(wèn)和數(shù)據(jù)記錄，然后擴(kuò)展并部署到其它生產(chǎn)線和站點(diǎn)。
- 完 -
本文來(lái)自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年08月刊《技術(shù)文章》欄目，原標(biāo)題為：基于云的數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程訪問(wèn)。
