作者：克里夫·奥特迈耶，纽瓦克技术营销全球负责人
今天从事工业自动化工作的人将工业物联网（IIoT）视为创建设备和应用程序的内聚系统的一种方式。IIoT增强了跨机器和站点无缝共享数据、优化生产和发现新的成本节约机会的能力。
但是，许多工业物联网的探索者很快发现，他们的传统操作技术(OT)架构无法扩展，价格高得令人望而却步，并且需要复杂的配置和支持。为了实现工业物联网的工作，它应该从边缘构建到云，这需要一个更分布式的架构，为传感器和驱动器以及与它们相连的输入/输出(I/O)系统和控制器提供从现场到云的连接。
传统上，工业自动化架构已经解决了层次结构中的数据处理，与经典普渡模型一样。此分层方法提供了最清晰的数据可以源自数据，并存储和处理。但是，这种方法的问题是设计，物理连接，配置，数字地图，通信，然后维护现场数据点所需的工作量。在此层次结构中运输和处理数据非常困难，因为需要多层设备来连接设备和应用程序。
跨越边缘，雾和云
当计算能力、网络带宽和安全特性非常不可用时，分层方法是必要的。从基本的硬连线传感器到云的每一步都需要访问更多的计算和网络资源。
今天，这种关系已经改变，因为传感器和其他边缘设备在处理和通信能力方面更远。该架构现在可以变得更平坦，分布式更平坦，具有低级别的设备，能够直接将数据发送到目的地。
这种底层设备的网络边缘仍然是关键的数据来源，云仍然是重量级计算的宝贵资源。然而，两者之间的资源正在变成数据生成设备和数据处理基础设施的混合体。这种模糊的中间地带被称为雾，因为它就像一种广泛的、普遍的、中等重量的云。
目标是平衡边缘系统和高级系统之间的计算和网络需求。边缘计算减轻了中央处理，保持了数据保真度，提高了本地响应能力和安全性，并提高了向云的数据传输效率。但是，这种新的边缘到云架构要求在获取、保护、存储和处理现场数据方面有新的选择。
它以更智能的方法开始分布到I / O.传统架构需要巨大的努力来设计，连接，配置，数字地图，通信，然后维护现场数据的I / O点。在稍后的日期添加一个点可能需要重新审视所有这些步骤。
相反，工业自动化设计师应该绕过现实世界和中级或顶级分析系统之间的层次。有了足够的计算能力，实现通信所需的所有软件都可以直接嵌入I/O设备中。I/O设备现在可以自行传输信息，而不需要控制器来配置、轮询I/O数据并将其传送到更高级别。这种方法称为智能远程I/O，有时称为边缘I/O。
边缘I / O利用这些技术，并将它们与标准IT协议相结合，如TLS（传输层安全性）加密，VPN（虚拟专用网络），用于安全远程连接，以及用于自动寻址的DHCP（动态主机配置协议）。而不是要求支持中间件的层，边缘I / O设备是分布式系统中的一流参与者。
接下来的边缘控制器将它整合在一起。传统工业控制器的范围有限，需要中介系统将过程数据连接到组织的其余部分。像Edge I / O，现代边缘可编程工业控制器（EPIC），首先由Opto 22引入工业自动化市场，利用新技术来吸化比以前世代的更多自动化功能。
通过工业化的组件，安全网络，多语言编程和多核处理，边缘控制器，如Opto 22的Groov Epic，可以提供传统的实时I / O控制，同时托管通信，可视化甚至数据库服务器。在IIOT应用程序中，边缘控制器可以使用这种灵活性与数据生产商阵列进行通信，以有意义的方式转换其数据，并将其安全地传递给数据消费者。
新架构选项
那么，对于使用现代边缘I/O和边缘控制器的设计师来说，有哪些新的架构可能性可用呢?随着边缘设备使本地数据可用于边缘和更高组织级别的计算资源，即使地理分布扩大，逻辑层次结构也可以被扁平化。
当现场信号分布在大的地理区域或多个站点时，边缘设备可以将数据传输到联网的应用程序和数据库，从而提高本地基础设施的效率和安全性，或取代Windows pc等高维护中间件。智能硬件和软件的结合缩小了OT和IT系统之间的差距，创建了一个统一的、可扩展的、集中管理的数据网络。
Edge I/O还可以帮助集成遗留设备。它可以为棕地现有设备I/O形成一个基本的数据处理结构，并与更强大的边缘控制器和物联网网关结合使用。这种方法在不干扰现有控制系统的情况下提高了安全性和连通性。
工程师还可以设计简单，平坦的数据处理网络，仅使用边缘I / O设备（没有控制器或网关），根据需要进行扩展以监控其他字段信号。像这样的分布式I / O系统可以将数据直接处理和报告基于云的监控系统，预测维护数据库或MQTT经纪人。
具有嵌入式MQTT客户端的边缘设备可以将字段数据直接发布到共享MQTT代理/服务器或冗余MQTT服务器组，该服务器组位于网络到达的任何位置：本地、云中或作为区域fog计算资源的一部分。然后，代理可以管理该数据的订户，包括整个组织中任何数量的感兴趣的网络客户端，包括控制系统、web服务和其他边缘设备。
这种新架构也使得无缝连接的现实，感谢您可以实现无处不在的数据交换的技术。新的硬件和软件产品在现场的物理位置，在本地控制室，前台的地理区域，以及全球数据中心的实际位置之间的互连。
分布式边缘I/O、边缘控制器和相关网络技术支持通过工业体系结构的边缘、雾和云部分进行数据传输。使用这种方法，设计师可以消除IT和OT域之间以前的界限，并获得优化操作所需的数据。
最后的想法
自动化设计师在IIOT方面遇到的主要挑战是复杂性、安全性和高成本。从网络边缘获取数据——从工厂、商业建筑和远程站点的传感器和执行器到数据库以及需要使用这些数据的人——可能会让人望而生畏。
新一代分布式I/O技术和控制为基于物联网的连接基础设施提供了新的可能性，可以在机器和站点之间无缝共享数据，以提高自动化能力，同时降低成本。
纽瓦克
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