在云连接的工厂中，边缘计算具有许多优点。利用就地控制器采集过程数据，并在将其发送到云端之前进行分析，工程师可以在人机界面（HMI）上将生产数据可视化、监控机器运行状况、调度预测性维护以及最小化数据上载成本。边缘计算还严重依赖于网络、软件、算法和通信协议，例如消息队列遥测传输（MQTT）、高级消息队列协议（AMQP）或OPC统一架构（UA）。

　　控制器硬件是边缘计算中经常被忽视的一个因素。虽然边缘计算能否成功，受到诸多因素的影响，但在某种程度上应用是否可行取决于硬件。安装高质量的、基于PC的控制器非常重要，它们可以处理在设计和调试新的物联网（IoT）机器时至关重要的高级数据采集、处理和云通信任务。在改造具有边缘计算功能的传统设备时，开放的、基于PC的硬件更为重要，传统的设备往往需要额外的步骤来获取工厂数据。  

图1：除了满足边缘计算需求之外，超紧凑的IPC还可以简单地用作附加网关设备或执行机器控制。本文图片来源：倍福

　　因此，在选择合适的边缘计算设备时，需要考虑的关键因素包括：

　　●设备能够安装在狭窄的控制柜中；

　　●外壳材料的质量；

　　●处理能力；

　　●在CPU核之间分配任务的能力。

　　合适的硬件，也可能因应用而异。了解可用选项，是确保成功实施边缘计算项目的第一步。

　　处理能力和定制

　　用于边缘计算的控制器，必须能够处理大量数据，同时还能完成其它自动化任务。现在的工业计算机（IPC），可提供多层次的处理能力和内存，确保每种应用和价位都有适当的硬件。IPC应提供灵活性，以便定制如何使用可用的处理器内核。

　　边缘计算设备通常可以采用从单核到4核的各种处理器，速度从400 MHz到1.6 GHz不等。多核IPC和嵌入式计算机具有更高级的选项，4到40个内核，速度为2.2 GHz。

图2： IPC提供了不同的处理能力、各异的外形尺寸，具有机柜安装和DIN导轨安装选项，适用于各种边缘计算应用。

　　在审查这些规格时，选择合适的自动化软件也很重要，以便用户将特定任务分配给某个内核，并使CPU以最高效率运行。这还能确保IPC可以在同一个设备上执行多任务并容纳更多功能。例如，利用4核CPU，在核0上运行可编程逻辑控制器（PLC），核1上运行运动控制，在核2上运行HMI，这样，工程师就可以在核3上运行边缘计算活动。

　　就地数据存储和RAM功能也规格各异。一些IPC可以提供从512 MB微型SD卡到960 GB的固态硬盘驱动器，还可选择在需要时添加第二个存储设备以获得更大的空间，以及从1 GB到64 GB不等的DDR4 RAM。另一方面，功能更强大的IPC可提供高达1 TB的DDR4-RAM EEC或者在3.5英寸的硬盘上提供4 TB甚至更大的存储容量。与处理能力一样，特定应用决定所需的存储量。例如，具有先进视觉系统的尖端装置需要更多的内存和处理能力，而不太复杂的项目则不需要。

　　在新建的边缘计算应用中， IPC可能会控制机器、生产线，并根据实时过程数据进行分析和校正。在改建装置中，实现这种级别的控制需要进行升级，对于希望收集和利用更多过程数据的工程师来说，这并没有太大的吸引力。如果没有淘汰更换政策，IPC可以轻松地从传统现场总线和 PLC收集数据，使用高级算法对其进行过滤和分析，并将所需信息发送到云端。

图3：嵌入式计算机直接连接到I/O模块，可提供出色的边缘计算选项，来控制机器和系统、分析数据并将数据从边缘发送到云端。

　　外形和材料选择

　　边缘设备必须适合于工厂环境和外壳。根据所制造产品的不同，生产环境可能非常热，也可能非常冷，现有控制柜通常无法容纳更多热量。采用外形紧凑的IPC和嵌入式计算机，可以承受极端温度并支持多种应用类型。

　　例如，带有坚固金属外壳的IPC可以集成到各种空间中，可选择机柜安装或DIN导轨安装。坚固耐用的金属结构，确保其可以在更多的工厂环境中使用，如果配备合适的散热器或风扇时，它还可以最大限度地降低外壳过热的风险。此外，选择适当的处理器还可以最大限度地降低高温带来的风险。多种连接器端口，如千兆以太网、USB 2.0和3.0，DisplayPort（视频电子标准协会连接器标准），以及可扩展的存储器和RAM，使这些IPC成为优秀的边缘设备，可用于需要最高性能的新应用以及需要边缘功能的现有系统。

　　在实施新的控制系统时，嵌入式计算机还提供了其它好处。这些DIN导轨安装的控制器，可直接连接到控制柜中的输入/输出 （I/O）模块，进一步减少所需的硬件空间和布线要求。配置了工业级塑料或金属外壳的嵌入式PC，运行时具有最小的散热量，运行温度可高达50℃，低至-25℃。

　　对于希望升级或实施新的基于PC的控制系统的工程师来说，投资改造机柜所需的最小努力是值得的。然而，对于那些希望增加数据采集和分析功能的人来说，如果无法对系统架构进行根本性改变，则可以通过IPC提供一个具有多种选择的解决方案，以近乎即插即用的方式满足应用需求。

　　认证和软件协助

　　要确保工程师努力的方向正确，需要及时检查硬件、软件和网络因素，但他们可能会遇到相似的选项，难于抉择。此时，检查产品认证和软件功能，也许可以打破僵局。

　　根据所用云服务的不同，经微软Azure认证的IPC或经亚马逊网络服务（AWS）认证的控制器，可以提供更好的选择。具有多个认证的控制器，旨在确保云服务发生变化时，工程师无需对硬件进行更改。基于PC的控制器非常适合公共和私有云系统。

　　此外，基于PC的控制器为边缘计算应用提供最佳的操作系统和处理能力。工程师应确保任何边缘设备都支持微软的Win 10物联网操作系统，并且能够应对未来可能的升级。  

　　边缘计算的目标是未来的持续改进。通过选择合适的软件和硬件，成功实施边缘计算可以提高机器性能，减少停机时间，提高产量，并尽可能确保工厂的高效和竞争力。（作者：Eric Reiner）