使用云進行數(shù)據(jù)記錄和遠程訪問，可以改善運營、降低成本并簡化交互。
實施基于云的遠程訪問，通常是實施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和工業(yè)4.0 應(yīng)用以改進數(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，并將討論一個特定的應(yīng)用案例，以展示如何開始使用基于云的遠程訪問。
基于云的數(shù)據(jù)存儲與內(nèi)部部署系統(tǒng)相比，基于云的數(shù)據(jù)存儲和訪問系統(tǒng)有很多優(yōu)點。全球云連接僅需要通過有線、Wi-Fi 或蜂窩鏈接訪問互聯(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)可以在幾小時內(nèi)建立，只有很少或沒有前期資本支出，并且可以通過與云服務(wù)提供商相對簡單的交互，在幾分鐘內(nèi)擴展數(shù)據(jù)系統(tǒng)。相比之下，設(shè)置本地數(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，并且擴展可能非常困難、昂貴且耗時。
鑒于上述以及其它優(yōu)勢，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。隨著應(yīng)用規(guī)模的快速增長，導(dǎo)致價格下降，從而更具經(jīng)濟性。簡而言之，云服務(wù)公司為成千上萬的用戶提供IT 基礎(chǔ)設(shè)施，比每個用戶設(shè)計、安裝和維護自己的基礎(chǔ)設(shè)施要便宜得多。
在云中存儲數(shù)據(jù)以及對云的訪問，允許用戶通過數(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、智能手機或平板電腦）中可視化基于云的數(shù)據(jù)（參見圖1）。這些數(shù)據(jù)可以輕松地與其它用戶共享，可以根據(jù)需要下載以進行分析。
圖1 ：基于云的應(yīng)用，允許用戶從任何地方訪問和可視化數(shù)據(jù)，以獲得對機器或流程的洞察力。本文圖片來源：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）和人機界面（HMI）包括板載內(nèi)存，用于存儲SD 卡或USB 驅(qū)動器上的本地數(shù)據(jù)（參見圖2）。工業(yè)工廠或設(shè)施也可以配置由IT 部門維護的基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
圖2 ：HMI觸摸面板可為SD卡或USB驅(qū)動器提供本地數(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。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)訪問以實現(xiàn)可視化和其它目的提供了一條快速的道路。雖然每個數(shù)據(jù)記錄解決方案都沒有VPN 路由器，但使用一個VPN 路由器可提供所需的安全性以及遠程訪問和編程功能。
圖3 ：安全VPN 路由器是端到端遠程訪問和數(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，可能會降低數(shù)據(jù)傳輸速率并出現(xiàn)其它問題。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，如消息隊列遙測傳輸（MQTT）等，給工業(yè)用戶帶來了更好的解決方案。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)的請求- 響應(yīng)系統(tǒng)。使用發(fā)布- 訂閱模式，遠程系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)發(fā)布到代理，遠程客戶端可以訂閱此數(shù)據(jù)。
MQTT 使用單個代理，通過該代理發(fā)布和訂閱所有數(shù)據(jù)流。多個服務(wù)器不需要響應(yīng)多個設(shè)備，從而減少了網(wǎng)絡(luò)流量。MQTT 提供卓越的安全性，僅在請求時使用出站通信。對于運行自己的服務(wù)器或可視化平臺的用戶，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)議中的一個或多個。
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的工業(yè)協(xié)議，而不是首先將它們轉(zhuǎn)換為MQTT。通過識別每個組件要監(jiān)控的標簽，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，無需PLC 或HMI 編程。
數(shù)據(jù)操作和通知在進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，然后僅在異?！簿褪撬l(fā)生變化時，發(fā)送到云，從而可以大大減少從站點到云的數(shù)據(jù)流量。如果發(fā)生報警或事件，則可以在確定的時間段，將傳輸模式切換到發(fā)送每個讀數(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數(shù)據(jù)進行清理和操作。
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，允許實時監(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)先配置的時間段內(nèi)添加、刪除、編輯和查看實時和歷史數(shù)據(jù)報告。實時監(jiān)控功能使在云中顯示實時數(shù)據(jù)成為可能，從而可以近乎實時地了解機器或流程的運行情況。
窗口小工具可用于將實時和歷史數(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。可以通過使用公式來制定數(shù)據(jù)報告，以在選定的時間段內(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、第一個和最后一個值?？梢耘渲脠缶屯ㄖ栽趨?shù)超出預(yù)定義范圍時通知用戶。例如，可以將報警配置為在機器發(fā)生故障、需要維護或溫度過高時通知特定人員。
通過簡單的配置，用戶就可以啟用云通知功能，以根據(jù)預(yù)定義的機器或過程條件向工作人員發(fā)出報警。這些通知可以分為低、中或高優(yōu)先級，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、訪問和可視化數(shù)據(jù)。入門成本是非常實惠的硬件和數(shù)據(jù)訂閱（免費或基于所提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)按月付費），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、廢水和其它項目。Kregoski 于2014 年在其地下室開設(shè)了該公司，并迅速擴大了業(yè)務(wù)范圍，為財富1000 強公司提供服務(wù)，同時保持對卓越服務(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)計控制系統(tǒng)。此外，它的公司還支持麥芽制作公司，在進入啤酒廠之前對谷物進行處理。
微釀造是一種半自動化的過程，釀造者整天都在不斷地檢查罐和容器的溫度。監(jiān)控實時數(shù)據(jù)，接收每批流程完成的報警以及創(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 解決方案來監(jiān)控客戶現(xiàn)場安裝的自動化系統(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brite 罐的溫度。這些儲罐需要保持在特定的溫度下，必須由釀造者密切監(jiān)控（見圖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)顯示為實時圖形數(shù)據(jù)。
StrideLinx 配置為記錄儲罐和支撐系統(tǒng)的溫度，例如乙二醇儲存。第2 天釀造的儲罐溫度使用StrideLinx 平臺上的實時監(jiān)控功能，提供近乎實時的溫度顯示。使用帶2 個面板的儀表板監(jiān)測14 個發(fā)酵容器和6 個brite 罐的溫度，1 個用于發(fā)酵罐，1 個用于brite 罐。
通過簡單的配置，添加報警以通知員工某個步驟即將完成。一旦這些半自動化過程配置了過程完成報警，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警，以確保罐的適當冷卻并提高質(zhì)量。
當涉及到云時，先想一想通過將數(shù)據(jù)記錄到云并從中訪問可以為企業(yè)帶來哪些價值。通過云獲得的數(shù)據(jù)和分析可用于提高機器和過程效率。用戶可以通過這些連接隨時了解生產(chǎn)量、過程狀態(tài)、系統(tǒng)報警、原材料使用、能耗和維護需求等。
使用合適的云解決方案，可以輕松地從一個站點開始小規(guī)模并嘗試遠程訪問和數(shù)據(jù)記錄，然后擴展并部署到其它生產(chǎn)線和站點。
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本文來自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年08月刊《技術(shù)文章》欄目，原標題為：基于云的數(shù)據(jù)記錄和遠程訪問。
