图片来源：Opto 22

　　借助当今灵活的边缘设备， 制造企业能够创建定制化的机器监控解决方案，以减少停机、降低成本并优化运营效率。

　　高峰时段，某工厂一条关键生产线上的传送带突然停止运行。整条装配线陷入停滞，运行人员匆忙排查问题，每停机一小时就会给企业造成数千美元的生产损失。最终技术人员发现了问题的根源：电机轴承过热。若配备完善的监控系统，本可在数天前就检测到这一隐患。

　　确保设备平稳运行是所有工业运营的核心目标。机器监控通过提供实时数据洞察，可帮助企业提前发现潜在问题、保障设备持续运转，从而避免此类停机场景的发生。

　　或许你正负责工业物联网（IIoT）或数字化转型相关项目，管理层希望从现有设备中获取实时生产数据，以提升生产可视化程度、预测维护需求并确保生产平稳运行。

　　您可能认为机器监控仅适用于新型高科技设备，或者只有它们具有实用性和成本效益。毕竟，工业4.0和IIoT平台通常被宣传为针对新建系统的解决方案。但事实上，机器监控的最大价值在于优化现有设备——通过采集实时数据，提升设备性能，避免非计划停机。

　　那么如何监控老旧设备呢？制造商正在采用的一种解决方案是边缘设备，这是一种可安装在网络边缘、机器旁的小型计算设备。边缘设备填补了老、旧非联网设备与新型智能系统之间的空白。它们能高效地采集、处理和传输数据，无需依赖机器的原有功能，也不会干扰现有设备或生产过程。

▲利用遗留硬件上的OPC驱动程序与MQTT代理通信，并通过边缘设备安全地向OPC UA客户端发送数据。

　　· 多信号支持：现代边缘设备可连接来自数字和模拟输入的常见工业信号，支持0–10 VDC、4–20 mA、热电偶、热敏电阻以及用于计数应用的数字脉冲等标准。用户可监测从温度、压力到设备运行周期等多种参数，确保与各类设备的兼容性。

　　· 协议桥接：边缘设备能将专有及传统协议转换为适用于工业物联网的格式，如MQTT Sparkplug® B或OPC UA®。无论传统系统基于以太网还是串行通信，边缘设备均能提供合适的工具，将其接入现代IT基础设施。

　　· 本地数据处理与建模：边缘设备在本地对数据进行预处理，将原始信号转换为具有丰富情景信息的格式（如用户自定义数据类型UDT）。预处理既能减少所需发送的数据量，也可在数据抵达目的地后简化趋势分析和性能监测。

　　· 内置网络安全：当今边缘设备的设计集成了强大的安全功能，包括防火墙、SSL/TLS加密、基于证书的身份验证和零信任架构。它们支持通过轻量目录访问协议（LDAP）进行用户认证、提供用于安全远程访问的VPN工具，并采用发布/订阅通信模式，避免入站端口暴露，从而减少容易遭受网络攻击的漏洞。

　　如何将边缘设备应用于实际运营？具体方法取决于您所使用的硬件环境。在考虑如何集成边缘设备时，针对传统的非联网棕地设备与配备智能控制的新式联网设备，在部署方法上有所不同。

　　若您使用的是无内置联网功能的老旧设备，通过加装传感器并将其连接至边缘设备，是一种清晰明了且成本较低的实时数据采集方案。这种简单明了的方法，即便从最老旧的设备中也能获取宝贵数据，并且无需进行昂贵的升级改造。

　　首先，确定关键数据点。明确最核心的关键绩效指标（KPI），例如温度、振动、循环次数或能耗。重点关注直接影响设备性能、维护和整体运营目标的指标。

　　•振动传感器：检测旋转设备的不平衡或磨损状况；

　　•温度探头：监控电机或轴承的发热情况；

　　•流量传感器：跟踪流体介质的流动状态；

　　•电流互感器：测量能耗并检测故障；

　　•接近传感器：检测物体的存在、位置或移动，适用于零件计数和传送带系统监控。

　　最后，将传感器与边缘设备对接。使用带内置I/O接口的边缘设备来读取和处理传感器数据，随后通过MQTT Sparkplug B或OPC UA等支持工业物联网的开放标准协议，将数据广泛接入数字基础设施（如SCADA、QMS、MES、ERP等系统）。

▲一家汽车供应商通过集成Opto 22 groov RIO边缘设备，使企业能够实时跟踪设备性能和可用性。

　　若您的设备具备内置通信功能，则可通过现有控制系统（如PLC或现场总线）直接获取数据，利用设备自带的通信基础设施收集所需的信息。但如果设备采用加密的PLC程序或私有协议，边缘设备能够弥合封闭的传统设备与现代IT基础设施之间的差距，确保无缝的数据访问。

　　首先，识别关键数据点。追踪设备的运行状态（空闲或使用中），有助于提升利用率和制定维护计划。监控特定报警和信号（如温度或振动）可揭示异常状况，在故障发生前预警潜在问题。

　　接下来，评估通信能力。先明确设备支持的通信协议，例如 EtherNet/IP、Modbus/TCP、PROFINET、EtherCAT，或更早的串行网络协议（如 RS-232、RS-422 或 RS-485）。尽管基于以太网的协议，通常可直接集成到现代系统中，但串行网络可能仍需要额外的工具，如串口转 USB 或串口转以太网转换器，才能使数据可用。

　　需要努力克服一些常见的挑战，例如，即使采用基于以太网的通信，联网设备仍常面临 PLC 程序被加密或使用私有协议等问题。多数情况下，可借助第三方软件（如OPC UA服务器），在不影响运行的前提下弥合这些差距，并将私有协议转换为现代工业物联网协议。

　　面对此类常见挑战，使用边缘设备可能更为简便——其思路类似于非联网设备的解决方案。边缘设备可接入现有信号、添加新传感器，或利用板载 OPC UA 服务器及定制驱动程序，从私有协议中采集数据。

　　若传统设备基于串行网络怎么办？即便较旧的串行协议也可通过简单且低成本的串口转 USB 转换器集成到现代边缘设备中。边缘设备随后将传统协议转换为符合网络安全的工业物联网标准，如 MQTT Sparkplug B 或 OPC UA等。

　　无论您是集成传统系统还是升级智能设备，边缘设备都能在您的设备与工业4.0或IIoT项目之间架起桥梁。如今，您无需昂贵的改造或运营中断，即可将现有设备转化为宝贵的实时数据源。

　　建议从小规模试点开始：为单台设备或某一生产流程配置边缘设备，采集关键数据并集成至数字基础设施。之后可根据需求逐步扩展，按自身节奏连接更多系统、提升监控能力。

▲一家石油和天然气公司通过实时监控罐体液位、流量和泵状态，显著提升可视化程度，降低环境风险，每年可节省数十万美元的成本。

　　借助当今灵活的边缘设备，企业可创建量身定制的机器监控解决方案，以满足特定的业务需求。以下是不同行业企业利用边缘设备实现优化的一些典型案例。

　　一家某总部位于俄亥俄州Marysville、在北美拥有6家工厂的一级汽车供应商，专注于塑料注塑成型领域。在整合多样化设备的实时数据时，他们面临着巨大的挑战：老旧系统依赖于操作人员，每15分钟需要手动更新一次数据，导致洞察延迟、误差频出，且生产性能可见性极低。

　　作为其数字化转型计划的一部分，该企业希望找到一种可扩展、成本高效的解决方案，以统一管理不同年代和品牌的设备。通过集成紧凑型边缘设备（Opto 22的groov RIO），他们可以直接从注塑机捕获关键信号，如全自动状态、模具更换和水流数据。

　　“groov RIO非常简单易用。它具备I/O接口，即插即用，连接模拟或数字信号，进行简单配置后即可投入运行。”该公司的IT专家解释道。利用groov RIO内置的MQTT Sparkplug B客户端，现在可以将实时数据发布到运行于云端的Ignition SCADA的统一命名空间（UNS）中。

　　从最初的概念验证迅速扩展到多个工厂的100多台设备，使企业能够实时跟踪设备性能和可用性。“现在，我们可以开发接入UNS的系统，并基于秒级实时数据做出决策。”该IT专家补充道。

　　另外一个案例来自德克萨斯州Fort Worth的一家石油和天然气公司，其盐水处理厂面临着采用陈旧人工系统而导致的测量不准和昂贵溢流问题（每次溢流损失高达20万美元）。该公司的自动化工程师集成了Opto 22的groov RIO边缘设备，既利用其连接液位传感器的物理I/O，也通过内置Modbus/TCP协议与智能压力传感器通信。

　　通过实时监控罐体液位、流量和泵状态，groov RIO将MQTT Sparkplug B数据发布至Ignition SCADA系统，可显著提升可视化程度，降低环境风险，每年可为公司节省数十万美元的成本。

　　第三个案例来自热处理行业，印第安纳州Terre Haute一家热处理系统OEM制造商，在监控高功率熔炉能耗方面面临着挑战，部分熔炉每小时耗电量高达350千伏安。精确追踪能耗，对于计算和解读系统运营成本至关重要。

　　为监测能源使用，该制造商将groov RIO EMU（一款适用于IIoT的能耗监控边缘设备），集成到最新熔炉设计中。该设备可提供实时能耗数据，助力企业精准计算单件产品的能源成本。

　　“通过能源监控，我们能实时计算对零件进行热处理的成本，并准确地将能源成本分摊到特定零部件的生产上。”该公司的一位控制工程师解释道。这一洞察使其能够将能源成本精确分配至具体生产任务，优化定价模型，并识别提升熔炉效率的机会，从而直接影响利润。

　　在这些应用中，企业都遵循了本文所述的步骤：明确所需数据、监测现有信号、按需添加传感器，并利用现有协议来采集关键运行数据。每种解决方案都针对其所面临的特定挑战，并取得了卓有成效的实际效益。