可以通过在边缘的自动化投资来解决熟练劳动力的短缺。
作者:维博什·古普塔，爱默生
全球许多国家的失业率处于50年来的最低水平，许多机械制造商和原始设备制造商(oem)及其客户发现很难吸引和留住熟练劳动力。例如，艾默生的调查显示，他们48%的客户在收集、合并和处理自动化系统产生的不同数据的重要任务方面存在人才缺口。为了解决这个问题和其他问题，需要大幅提高劳动生产率，从而推动全球范围内的自动化投资趋势和计划。
这些举措通常被标记为欧洲美洲和Industrie 4.0的物业（IIOT）的工业互联网，其中包括集成更智能的在线设备，超出基本实时控制所需的内容。艾默生调查表现出对这一需求的认识，超过70％的工业公司在2021年之前判断有III波特策略的职业公司至关重要。目标是降低风险，同时通过数字化提高效率，边缘计算通常用于分散数据分析。
即使是被认为拥有大量劳动力供应的国家，如中国，也正面临熟练劳动力短缺的问题，这推动了投资举措，以实现人工操作的自动化和数字化。
这些投资将增加本已庞大且不断增长的数据存储，调查显示，目前只有5%的工业自动化数据用于改善运营。
下面我们来看看如何利用边缘控制来改善工业工厂和设施的自动化系统架构和生产力，通常是通过更好地使用数据。
边缘网关、设备和控制器
图1描述了现代自动化系统架构。图的左下角显示了一个传统的控制系统，该系统将传感器、执行器和其他现场设备数据提供给实时控制系统。这种类型的系统可以向边缘组件提供数据，从而实现分析洞察。
自动化系统架构正在不断发展，以与传统的实时控制系统并行合并智能设备。
图的右下角显示了其他传感器、驱动器和现场设备(通常是智能设备)如何绕过实时控制系统，直接向边缘组件提供数据，边缘组件利用这些信息提供分析见解。智能设备通过数字数据链路连接到边缘组件，允许这些设备提供除了过程变量之外的扩展信息，如状态和诊断。
边缘组件可以是三种类型中的一种，本文将按照成本和功能增加的顺序进行描述。
边缘网关简单地从现场设备和实时控制器(如可编程逻辑控制器(plc))收集数据，并将数据转发给其他系统进行分析。虽然它只执行数据收集和转发，但这些任务需要通过一系列工业数字协议连接到许多不同类型的现场设备、控制器和系统的能力。
边缘设备（图2）提供边缘网关的所有功能，并添加处理和配置性能力，使得可以在本地收集和分析数据。
边缘设备支持许多不同的工业自动化协议，也可以在本地分析数据。
边缘控制器(图3)提供了边缘设备的所有通用计算功能，并添加了一个实时控制器来执行确定性控制和逻辑操作。嵌入式边缘设备可用于优化基于边缘分析的实时控制，并安全、实时地访问外部信息。
边缘控制器提供实时控制，以及分析和优化。图3向上和图3向下。艾默生的产品。图片/Andrew Shurtleff摄影有限责任公司
通过边缘控制器对行业标准现场总线协议的支持提供到一系列现场设备的连接。多个以太网和USB端口独立分配给实时控制器部分或边缘设备部分，提供物理分离和安全的通信。
边缘控制器的两个部分之间的通信是通过OPC UA通过从其他功能分离实时控制来维护网络安全。分离扩展到操作系统，使得可以在不影响实时控制的情况下重新启动Linux平台。
通过改进协作来更快地解决问题
当OEM提供给终端用户的机器出现问题时，由于操作信息的可用性差，往往会导致相互指责。例如，OEM通常认为终端用户操作机器不正确，而终端用户认为机器没有按照规格执行。
对于一家包装机OEM来说，解决方案是以压力、流量和真空传感器的形式为他们的机器添加新的现场设备;风机电机振动传感器;差压过滤传感器;和位置传感器。每个传感器都与边缘控制器相连。来自这些传感器的数据并没有直接影响机器控制，但它有助于改善终端用户操作员的本地操作界面，并将数据提供给OEM的云计算，OEM可以安全地从云计算访问数据。
OEM和最终用户都有近实时访问相同的数据，从而实现协作问题。这种改善了在机器的操作中的可视性允许OEM在升级，减少停机时间和维护费用之前，可以提前诊断问题。最终用户可以使用此附加数据来启动程序和调整更改为机器操作，提高吞吐量和提高质量。
将功能作为服务提供
许多原始设备制造商为他们出售的机器提供预定义的一段时间的支持。虽然这种安排在很多情况下都很有效，但在其他情况下，终端用户可能更喜欢更高水平的服务，以及更低的前期资本支出。
为了解决这些和类似情况，一些OEM机器构建商将提供作为最终用户服务的能力，并且在机器可用性或正常运行时间内支付支付（图4）。因此，OEM对机器操作具有非常高的责任，需要对机器操作的相应高度的可视性。
边缘控制器允许OEM通过提供广泛的远程连接和可见性来提供作为服务的功能。
边缘控制器非常适合提供机器作为服务的原始设备制造商，因为它们结合了可靠的实时控制以及边缘分析和其他功能。实际上，机器操作的每个方面都可以远程监控，并可以根据需要进行更改和调整，以维持正常运行时间。改进性能的升级可以远程执行，节省时间和旅行成本。
边缘控制器使新的可再生能源解决方案成为可能
水电操作使用涡轮机械来生产可再生能源的流动水。2018年至2050年，预计全球对能源需求将增加50％，并将通过可再生能源满足大部分需求，因为预计将成为2050年的主要能源来源。
与风能和太阳能不同，新增可再生水电产能的安装成本最近并没有下降。这主要是由两个因素造成的。首先，发展传统大型水电站的最佳选址大部分已经开发完毕，需要加大资金投入来发展不理想的发电选址。对拟议中的新地点的环境影响的日益关注正在推高成本，因为必须采用更奇特的缓解方案。
为了保持与风能和太阳能的竞争力，水电领域的一个新趋势是安装发电量低至10千瓦的微型发电机，而传统水电设施的发电量为数百千瓦。数百个微型发电机加起来可以产生大量的电力，相当于一个大型水力发电装置。
重要的是，这些微型发电机通常安装在现有的运河、灌溉沟渠和其他人工水流中，大大减少了对环境的影响(图5)。
微型水电发电机通常安装在人工水流中，如灌溉渠中。
因为它们的功率输出如此之低，必须开发数百甚至数千个网站，然后在经济上远程操作和维护。边缘控制器使这些类型的应用程序能够提供所需的实时控制以及边缘的分析和安全远程连接，所有这些都在一个紧凑的包装中。
边缘的分析使得可以导出从无功以预测的维护所需的见解。这显着提高了劳动生产力，使单一技术人员能够有效地维持网站的得分，并保持降低成本。边缘控制器可以捕获来自许多微生物器的事件和其他数据序列，然后将此信息发送到云以进行进一步分析。船队的结果不仅可以用于检测开发问题，而且还可以通过增加给定水平的水流的功率输出来提高性能。
熟练劳动力的短缺可以通过提高生产率来弥补，这可以通过对自动化的智能投资来实现。可以通过以下两种方式之一部署边缘组件来满足这一需求。对于新安装的设备，比如水力微发电机，边缘控制器可以提供实时控制、分析和优化，以及安全的远程连接——所有这些都在一个紧凑的系统中。与使用多个组件实现控制和其他功能相比，这是一种更有效的方法，因为这些传统方法需要组件之间的集成、额外的机柜空间和额外的费用。
对于现有的安装 - 如机器构建器中的示例 - 边缘网关，设备或控制器可以与实时控制器一起安装。该边缘组件可以从新现场设备和现有的实时控制器收集数据，然后将该数据安全地传送到其他平台，通常基于云，以进行远程监控和分析。如果边缘组件是边缘设备或边缘控制器，则可以在边缘执行分析，优化和其他功能，通过现有本地网络或云发送到最终用户的结果。
在任何一种情况下，劳动生产率提高，允许OEM机器制造商和他们的客户更好地利用人员，同时改善操作。
Vibhoosh Gupta是艾默生机械自动化解决方案业务部门的投资组合领导者，管理其自动化系统、操作员界面、工业PC和工业物联网软件和工业自动化硬件产品的投资组合。
提交：工厂自动化那工业自动化
