让边缘计算融入工业制造——边缘控制解决方案及应用案例

一家智能工厂一天就可以产生1PB的数据。如果这些海量的“边缘数据”全部传输到网络上，对于任何企业的计算系统都会产生巨大压力。

于此，边缘计算应运而生。它将数据中心智慧算力向边缘侧延伸，从而满足制造企业在数据贯通、实时业务、数据优化、应用智能等方面的关键需求。

实践证明，通过在更靠近制造设备端部署边缘节点进行本地化的感知、决策、控制、分析一体化，可在降低网络需求的同时提高响应实时性，有效提高现有工业互联网平台处理能力，发展云-边-端一体化平台成为工业互联网平台的新方向。

边缘计算正在融入工业制造

在数据处理层面，边缘计算对数据的本地处理能力提出了更高要求，它需要将原有云计算模型执行的部分或者是全部计算任务迁移到网络边缘设备上，降低云服务器的计算负载，减缓网络带宽的压力，提高万物互联时代数据的梳理效率。显然，传统的控制器已经无法胜任这样的工作。

与此同时，传统的数字化升级方案需要组合PLC、PC、网关、SCADA软件等多种不同领域功能的产品于同一系统中通过系统集成实现工业物联网方案，系统架构复杂，成本昂贵且面临极大安全风险。

无论是产品的成熟度与稳定性，还是到数据的处理上升至数字化升级方案的落地实施过程中存在的种种问题，客户与市场都在呼唤着产品力更“硬核”、“一机多能”与“多机联动”、全面互联的边缘控制解决方案。

边缘控制解决方案融合PLC自动化技术与PC信息化技术，将PLC控制器、PC、网关，运动控制、I/O数据采集、现场总线协议、机器视觉、设备联网等功能集成于同一控制平台，可同时实现备运动控制、机器视觉、设备预测维护、设备联网，数据分析和优化控制、数据可直接连接至工业云平台，在边缘侧协同远程工业云平台实现智能产线控制。

当然，边缘计算并非简单地将边缘计算技术与工业自动化进行叠加，而是需要将边缘计算发展出来的一些开放式的IT与OT技术、架构和解决方案，融合进工业制造中相对封闭的OT设备上，增强或替换原有的实现方法。

不同设备及场景需要不同的边缘控制方案

在“云-边-端”新一代工业控制架构中，边缘控制起着关键的承上启下的作用。一方面，边缘控制需要采集现场的数据进行处理分析，并实时反馈给现场的设备，另一方面，边缘控制需要将经过处理的数据上传给云端，为云端提供更为“有价值”的数据。由于不同的设备和不同的工业场景，应用复杂程度不同，对数据处理和分析的要求不同，所以对边缘控制器的性能要求也不尽相同。

为此，边缘控制厂商往往会提供不同的边缘控制方案来满足不同的场景需求。比如，从工控机起家的研华，在边缘计算领域已完成全面布局，可为客户提供从边缘计算、边缘控制、边缘可视化等一系列产品与解决方案，从硬件到软件，从产品到平台，满足现场各类高性能计算处理、实时可靠运行以及灵活快速的人机交互显示等多种边缘计算需求场景，推动各产业的数字化、智能化深度变革。

研华边缘控制解决方案系列可以根据不同设备及场景控制需求提供最优解决方案。在同样的软件环境下根据需求使用最佳硬件，助力智能制造从业者聚焦算法方案，优化迭代核心价值，实现柔性产线、设备自动化、产线设备状态监测及工厂环境监测等设备应用。



▎研华边缘控制解决方案

研华CODESYS系列控制器是面对设备自动化往融合信息化智能装备转型时的全新控制方案。

研华在自身擅长的多种X86平台上搭载实时软PLC软体，同时打通软PLC与数据库、云平台接口，实现高实时性自动化控制同时，保证开放性的信息化对接与处理。

开放式平台和多种性能处理核心可以灵活的适用于复杂多变的工业环境，从需要稳定实时的逻辑控制到高处理性能及更多接口的整合运动控制与机器视觉应用场合，甚至多个设备连接的柔性加工产线，研华CODESYS控制方案都有合适的控制器帮助客户实现。

在无缝整合IT（信息化技术）与OT（自动化技术）的同时，研华CODESYS边缘控制器底层依然采用大家的熟悉的编程方式，方便客户的设计使用与安装。



▎边缘控制方案优势

边缘控制器的典型应用架构

在研华的边缘控制产品中，新一代模块化边缘控制器AMAX-5580无疑是最为耀眼的明星产品，其高性能的处理能力，开放的平台以及强大丰富的扩展能力，为边缘计算融入工业领域的应用提供了性能强大的解决方案。



从产品特点上来看：

AMAX-5580是业界最小、速度最快的开放式平台之一。它结构紧凑，高度为10厘米，插片式I/O模块全部安装在标准DIN导轨上，安装在设备控制柜中时无需额外的钻孔或机械装置，不仅节省了空间，而且允许工业设备跨越边界。

从应用架构上看：

AMAX-5580是整个控制的核心，向上可以将数据用以太网、OPC UA、MQTT等形式将经过预处理的数据上传给MES、SCADA或者云平台等系统，向下除了可以直接通过EtherCAT连接伺服电机外，还可以通过PCIe扩展模块、EtherCAT扩展模块连接各种设备、EtherCAT分布式 I/O来连接更多设备。



AMAX-5580的典型应用架构

边缘计算在工业领域的应用案例

目前，边缘技术在工业领域的应用还处于融合初期，起作用主要帮助客户解决降本增效、满足严苛生产品质的追求，同时为客户的数字化转型搭建好底层技术基础。

研华充分利用自身二十余年的技术与千行百业行业应用沉淀的优势，正在助力客户这一目标的实现。

比如在3C镜头模组检测应用中，相机镜头滤光镜片生产结束后，需要做对产品品质做严格检测，因此需要自动化上料、AOI视觉检测，通过机械手剔除料盘中的NG品并补充OK品，所有数据还要上传MES数据终端备份追溯。

在该应用案例中，客户提出的需求包括：新的零部件加工厂商自动化程度提高，需要整合机器视觉，机器人，下位PLC，高实时I/O及多轴控制；需要信息化平台和接口，允许管理软件和MES系统对接，实现产品派单，质量追踪以及整厂能效管理；对于自动化部分，需要高实时模拟量采集，机器视觉配合运动控制做到高精度检测和加工。

研华通过分核架构整合IPC+PLC，一个平台实现机器视觉，运动控制，机器人控制，分布式IO及数据库功能，提高稳定性、降低成本，实现柔性加工；与此同时支持IEC 61131-3编程以及高级语言编程，工程师可以选择自己最熟悉语言开发；整个系统同时兼容IT与OT，工程师团队更容易配合分工，3个月项目工期，提前1个月即交付项目。



▎研华3C镜头模组检测方案配置

在天车行业解决方案中，为了改善工人工作环境，提高吊装精度及效率，传统天车行业逐步导入ERP，MES等信息技术，同时结合已有自动化技术，实现生产管理数据与库区物料信息数据无缝对接，提高作业精度与效率，使库房管理水平达到新高度。

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项目需求：

智慧天车需要防摇装置、3D扫描成像、编码器、激光测距仪，上传数据库等多个接口功能以及高性能处理器处理复杂计算与分析。

客户工程团队有PLC编程背景工程师，也有C#编程背景工程师，需要一套平台兼容PLC与高级语言。

传统使用IPC+PLC方案，但是现场环境温度高，传统控制系统非宽温，导致系统稳定性降低，宽温系统是通过网线连接，多节点对系统稳定系提出挑战。

传统天车系统需要借助信息化MES提高作业效率和管理水平，同时要通过自动化系统提高作业精度。

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方案优势：

研华AMAX-5580控制器支持Modbus/CANBUS/串口/模拟量等接口，解决多部件集成问题。6代I5级别处理器，解决复杂算法需求；带有无线WIFI，ODBC，MQTT等接口及协议，信息直接上传MES系统。

研华方案支持实时稳定PLC内核CODESYS，支持PLC编程；同时开放的Windows系统兼容高级语言等第三方算法软件。

AMAX-5580嵌入式无旋转器件的-10 ~60°C宽温设计，内部无接插器件，整机经过严苛环境考验，提高系统稳定性。

AMAX-5580借助信息化接口及优化算法，提高管理能力及吊装效率，PLC内核稳定实时，提高吊装精度。



▎研华智慧天车解决方案

在储能行业，能源互联网技术持续升级，我国储能行业需要技术国产化，调度快速化，系统接入友好化，分析智能化，通过先进控制调度方案，实现调峰调频、峰谷套利、支持本地监控与远端监控联动，并且适用于多种储能场景安全快速施工，最终实现安全高效的能源存储及调度的目的。

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项目需求：

储能EMS系统AGC需要稳定可靠控制方案，基于IEC 61131-3编程维护

需要方案国产化自主可控，使用Linux系统，支持储能方案优化算法

需要Modbus，CAN，104协议，与BMS和PCS友好接入，更快的响应速度

国际知名品牌控制方案，可以做到及时专业技术支持，稳定可靠  

支持多点I/O信号采集

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方案优势：

AMAX-5580边缘控制器嵌入式无风扇设计安全稳定，内置CODESYS支持标准IEC 61131-3开发编程。

昆山加工制造，Linux操作系统，方案技术自主可控。

自带多种总线接口及通讯协议，配合电力网关实现104协议串联，快速接入BMS与PSC系统；配合客户优化算法可以实现1s~2s电网自调节速度。

研华38年工业PC国际公司，从品质，交付，售后全流程质保及服务。

基于EtherCAT本地及远程I/O模块，高速灵活采集控制现场设备状态。



总结

随着边缘计算的兴起，边缘智能已经成为工业智能的关键一环。边缘控制器以其天生的算力优势、联网优势、实时性优势正在逐渐替代传统控制器，为千行百业提供强大的数字引擎。当然，我们也看到了像研华这样的工业控制领先厂商，正以全面的边缘控制解决方案满足不同设备及场景的应用需求。边缘计算融入工业领域，未来已来！