隨著設備和設備越來越多地嵌入傳感和網絡功能，工業物聯網（IIoT）開闢了豐富的報告和監控機會，以便在從運輸到公用事業到工廠自動化的工業應用中實現智能管理決策和流程優化。
例如，嵌入在包裝和卡車中的傳感器可以全面準確地跟踪車隊管理應用中的資產和車輛，從而使物流管理人員能夠最佳地部署資源。發電和傳輸設備中的網絡傳感器監控電能質量數據，以快速檢測和查明故障的位置。
在工廠中，嵌入在機器元件中的傳感器提供用於操作狀態反饋，分析或預測性維護的過程數據。例如，嵌入氣動閥中的傳感器的讀數可以計算閥消耗的加壓空氣量。對這些測量的分析揭示了表明存在問題的趨勢。如果流量太低，沿著生產線的某處可能會堵塞空氣供應;太高，閥門可能有洩漏。通過在預防性維護的早期識別和解決問題，可以避免導致代價高昂的停機的主要故障。
建立一個IIoT網絡來收集和報告工廠中每台機器上安裝的傳感器的數據，可以提供生產操作的完整視圖，幫助管理人員優化流程，解決問題，提高效率並降低成本。
IIoT通信流程概述
要了解IIoT網絡如何收集和廣播過程數據，請考慮一個基於德國工業自動化和控制解決方案製造商Beckhoff開發的物聯網通信系統的示例。 以下步驟提供了IIoT通信過程的一般概述。
- 嵌入整個工廠設備的傳感器與模塊化I / O端子聯網。
- I / O端子連接到裝有IoT通信軟件的可編程邏輯控制器（PLC）。
- IoT軟件使用諸如消息隊列遙測傳輸（MQTT）或高級消息隊列協議（AMQP）之類的通信協議將PLC接收的過程數據發佈到駐留在私有云或公共雲服務中的代理。
- 然後，代理根據他們註冊的主題（數據類型）將數據發送給訂戶，例如移動設備或工廠運營商擁有的計算機。
示例：Beckhoff物聯網通信系統
有關IIoT網絡如何運作的更詳細信息，請了解Beckhoff的TwinCAT自動化套件如何使用物聯網通信來共享過程數據。
在Beckhoff的系統中，設備通信的默認協議是EtherCAT（用於控制自動化技術的以太網），Beckhoff基於以太網的現場總線協議。從整個工廠的設備收集過程數據的傳感器與模塊化I / O EtherCAT終端聯網。
Beckhoff的物聯網數據代理充當網關應用程序，用於收集流程數據並將其發送到雲中的MQTT代理，以便傳輸到訂戶設備。資料來源：Beckhoff
但是，該系統不僅限於EtherCAT通信。 I / O端子還通過連接到終端的總線耦合器與連接到各種現場總線的設備連接。總線耦合器用作EtherCAT和通過傳統現場總線協議（如CANopen，DeviceNet，PROFIBUS）以及其他工業以太網協議（如EtherNet / IP和PROFINET）進行通信的設備之間的接口。 EtherCAT可以連接多個I / O終端，從工廠中收集數千個傳感器的數據。
傳感器數據通過EtherCAT從I / O端子饋送到PLC。 Beckhoff的系統使用基於PC的控制技術而不是傳統的硬件PLC; PLC功能由在配備高性能處理器的工業或嵌入式Windows PC上運行的PLC軟件運行時系統啟用。 此方法為控制應用程序提供了額外的靈活性和可伸縮性
可以在這些基於PC的控制系統上安裝物聯網通信軟件，以將過程數據報告給遠程設備。 該軟件稱為TwinCAT IoT通信，包括驅動程序和PLC庫，其中包含通過MQTT實現物聯網通信所需的功能。
TwinCAT物聯網數據代理也可直接安裝在控制器PC或網關計算機上，以接收來自傳感器的過程數據。 數據代理處理通過公司的TwinCAT ADS（自動化設備規範）或通過標準化OPC UA協議從第三方設備傳送的Beckhoff控制器的數據。
物聯網軟件通過MQTT將數據發佈到駐留在私有云或公共雲服務中的代理。 與Beckhoff的TwinCAT物聯網通信系統兼容的公共雲服務包括以下物聯網平台：
- 亞馬遜AWS物聯網
- Microsoft Azure物聯網中心
- IBM Watson IoT
- MathWorks ThingSpeak
在雲中運行的MQTT代理根據他們註冊的主題將數據轉發給訂閱者。訂戶包括運行TwinCAT IoT Communicator App的智能手機等移動設備和配置為接收MQTT數據的計算機.Beckhoff運行TwinCAT Runtime的基於PC的PLC通過TwinTAT IoT Communicator通過MQTT協議將過程數據發送到消息代理，消息代理然後將數據轉發給運行TwinCAT IoT Communicator應用程序的移動設備。資料來源：Beckhoff
Beckhoff的TwinCAT Analytics Workbench允許用戶選擇要跟踪的過程數據。該工具利用多種算法提供機器操作的可視性，包括最小值，最大值和平均值，壽命，壽命計數和循環時間監控。通過MQTT報告，這些數據可以通過HTML 5儀表板顯示給機器操作員和生產經理，以便全天候查看生產過程。
傳輸層安全性（TLS）可以保護MQTT通信，以要求用戶名和密碼驗證，並加密用戶和消息代理之間傳輸的數據。 Beckhoff的物聯網通信系統支持TLS-PreSharedKey（TLS-PSK）以及受信任的證書頒發機構頒發的證書，具體取決於雲服務。
圖文參考：Engineering360
