雲計算如何服務於工業生產過程？

摘要

雲計算可以利用一台HMI對數據進行處理、過濾和分析，進而將其轉換為工業設施可以操作的信息。

在工業生產過程和設施上實施的大數據系統中，雲計算只是其中的一個組成部分。然而對於遠程監控的應用來說，它是特別有效的方式，數據必須先進行採集，再推送到雲端，然後進行存儲和分析來創造可用的信息。

這通常要涉及到幾個步驟，從邊緣設備開始，到將信息送達最終用戶為止。現代的人機界面（HMI）扮演著至關重要的角色，與智能邊緣設備和控制器建立連接，並在將數據推送到雲端之前進行過濾。

雲計算的定義

雲計算可以被定義為提供計算服務——就像伺服器一樣，在互聯網上提供存儲、資料庫、網路連接、軟體、分析以及更多功能。有很多雲服務供應商，大部分的雲計算服務收費都是基於用量來計算的，就像每個月的水電費賬單一樣。

將通過HMI採集到的數據在進行分析和預測之前推送到雲端。微軟將雲計算定義為通過互聯網提供計算服務。圖片來源：InduSoft

由於對信息技術（IT）管理工作的需求很少甚至不需要，雲計算為大量各種各樣的計算資源提供了網路訪問功能。雲計算的歷史僅僅十年多一點，它包括用於託管網站和博客、存儲數據以及流式音頻或視頻等任務的通用技術。各種軟體應用可以簡單到就像電子郵件、日曆、以及Office軟體。雲還可以按需提供軟體，並提供計算能力來分析數據。

例如，數據可以被推送到雲端，計算出來的模式可以用來進行預測。通過雲獲得的合適的數據，軟體即服務（SaaS）以及基礎設施即服務（IaaS）可以被用來提供存儲和分析數據的雲計算服務。反饋的信息或分析的結果會被用於工廠車間的HMI畫面，或者用於任何具有互聯網連接的設備上，例如筆記本電腦、智能手機或平板電腦。

採集和過濾數據

儘管數據分析、歷史記錄、企業資源計劃（ERP），以及其他系統可能託管在雲中，但這些應用還需要工廠底層的數據。這些數據源自邊緣設備，由感測器或智能邊緣設備提供，例如智能儀錶、電錶、變頻設備等等。這些組件可以與控制器、基於PC的HMI或者其他HMI進行連接。一種新的趨勢是將HMI的功能嵌入到智能邊緣設備內，從而使數據可以在源頭進行處理。

無論HMI安裝在哪裡，它都可以在將數據推送到雲端或其他存儲區域之前過濾數據。對於某些應用場合來說，每秒甚至每分鐘進行一次數據採集是不必要的。只有當數據超過特定值或超出定義範圍時才需要保存數據。一些現代人機界面可以使用面板進行配置，以便在將數據推送到雲端之前過濾和合併數據。

HMI通過內置驅動程序可以提供與控制器和其他邊緣設備的大部分通信。它不僅可以與成百上千的設備進行通訊，而且可以與雲、ERP系統以及本地和遠程的資料庫進行通訊。除了數據過濾和通訊，在網路或雲連接不可用的時候，HMI還可以作為數據緩衝器。

HMI的安裝與雲計算

一台現代的HMI可以安裝在許多平台上。它可以安裝在台式機、平板工業PC、瘦客戶端、運行Linux或其他操作系統的嵌入式計算機、或者智能邊緣設備上。這種從一個平台到另一個平台的可移植性是至關重要的，因為這可以根據應用場合需要而將HMI部署在最佳的平台上。

有一些低成本的平台也可以安裝HMI，例如微處理器，可以用來採集數據以及向雲端推送數據。一台低成本的HMI就可以從各種設備上採集數據、過濾數據並將其推送到雲端，無論有沒有顯示屏。運行內嵌式HMI的智能邊緣設備在不通過控制器或全功能HMI連接的情況下也可以向雲端推送數據。

一旦HMI將數據推送到雲端，這些數據就可以被連接到互聯網上的任何設備訪問。不過在將數據轉化為可執行的信息之前，首先對數據進行分析通常是明智的做法。

工業領域的雲應用

雲提供了可靠和安全的數據存儲，並可用於以數據分析和其他應用的形式來提供軟體即服務。

數據分析可以揭示出各種模式，雲計算可以使用人工智慧、機器人以及其他大數據工具。雲端的可擴展的處理功能對於執行這些任務來說很有用，這些任務經常需要大量的計算資源。將工廠車間的HMI作為一個網關，從雲端對信息進行訪問可以通過很多形式做到，包括柱狀圖、曲線圖、趨勢圖、表格等等。

雲計算分析和HMI不僅幫助可視化數據，而且還提供更清晰的認知視圖。這些先進的數據分析系統具有內嵌的機制，可以幫助分析並找出數據的模式。當數據不再遵循那些模式時，系統可以通過HMI和其他方法自動向用戶顯示結果或查找結果。

認知計算可以檢測到異常情況並且報告其發現，即便其狀況是沒有預先定義或預測的。這可以節省時間並防止用戶對每個可能的異常狀況進行預測，並且對報警和事件進行正確的編程。

雲計算已經廣泛應用於商業應用場合，並開始應用於工業設施。與傳統的現場解決方案相比較，其部署的速度更快、成本更低而且擴展更簡單。這些優勢會促進其工業應用的增加，而且合適的HMI會讓部署基於雲的工業大數據解決方案簡單得多。

本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2018年3月刊《技術文章》欄目，原標題為：雲計算如何服務於工業生產過程？

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