當(dāng)今PLC技術(shù)發(fā)展一個(gè)明顯的趨勢是：PLC系統(tǒng)今后一定是集實(shí)時(shí)控制和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析于一身，也就是實(shí)時(shí)控制和非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析一體化。按照杜品圣博士的分析：“現(xiàn)在PLC控制系統(tǒng)不僅僅要對生產(chǎn)制造的實(shí)時(shí)性的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，而且要對大量的具有分析、歸納、總結(jié)的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此為了滿足智能制造生產(chǎn)模式的需求，控制器本身要進(jìn)行軟件、功能和硬件結(jié)構(gòu)等多方面的變革?？刂破鬟@種內(nèi)因本身的變化，再加上融合外因的變化，才能實(shí)現(xiàn)智能制造的目標(biāo)?！?/span>
1、邊緣計(jì)算的重要性不容低估
Gartner在2018年估計(jì)，到2022年工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析將有一半以上會在邊緣計(jì)算側(cè)進(jìn)行，而當(dāng)時(shí)這個(gè)比例低于10%。這表明邊緣計(jì)算的潛力越來越被挖掘出來，四年的進(jìn)程就把邊緣計(jì)算的應(yīng)用大大向前推進(jìn)。
邊緣計(jì)算有多種多樣的形式，一般把所有不在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行的任意計(jì)算統(tǒng)稱為邊緣計(jì)算。這樣一個(gè)寬泛的定義將邊緣計(jì)算從IT工業(yè)擴(kuò)展到現(xiàn)在常被稱為OT，即自動化和控制工業(yè)。Gartner發(fā)布了一個(gè)簡單的拓?fù)鋱D(見圖1)，由圖可知邊緣計(jì)算涉及相當(dāng)廣泛的方面，涵蓋：設(shè)備邊緣，路由器邊緣，計(jì)算邊緣，本地?cái)?shù)據(jù)中心邊緣，區(qū)域數(shù)據(jù)中心邊緣等。其中，設(shè)備邊緣包括嵌入式設(shè)備、PLC、可穿戴設(shè)備，以及智能手機(jī)等。這樣寬泛的定義使每個(gè)從事工業(yè)的人士不論是屬于IT的還是屬于OT的，都能理解什么樣的邊緣計(jì)算可能對他們有用。
圖1 歸納各種形式的邊緣計(jì)算的拓?fù)鋱D(圖源：Gartner)
此拓?fù)鋱D展示的基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)堆棧，描述了作為邊緣計(jì)算的服務(wù)器、設(shè)備或平臺的類型，以及它們位于數(shù)據(jù)源“邊緣”的物理端點(diǎn)位置。它們都是是在實(shí)際數(shù)據(jù)中心之外可供使用的計(jì)算能力、采集、分析和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N資源?？偟膩碚f，邊緣為設(shè)備制造商及其客戶提供了極其重要的利益。
從這個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，容易看出從設(shè)備邊緣到計(jì)算邊緣都適用于機(jī)械裝備和設(shè)備制造商。實(shí)際上，今天所有的機(jī)械裝備和設(shè)備都具有采用PLC的設(shè)備邊緣，有些機(jī)械裝置和設(shè)備還具有網(wǎng)關(guān)邊緣的設(shè)備。
機(jī)械裝備或設(shè)備使用的工業(yè)PC機(jī)和面板型PC機(jī)在一定的意義上也可劃入網(wǎng)關(guān)邊緣。它們可能是作為設(shè)備邊緣的PLC的直接上位機(jī)點(diǎn)。然而，工業(yè)PC機(jī)計(jì)算和分析能力有限，或者它們不是為嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)制造的、類似于典型的PC或服務(wù)器。因此，需要采用其他類型的專用邊緣計(jì)算平臺來滿足客戶的需求。
當(dāng)需要進(jìn)一步對機(jī)械裝備的控制和自動化系統(tǒng)升級為智能裝備時(shí)，計(jì)算邊緣應(yīng)該是設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn)。邊緣計(jì)算為機(jī)械裝備和設(shè)備提供了所有升級為智能裝備必要的特性和能力，為在現(xiàn)有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上賦予新的智能功能，并過渡到向市場提供更智能的設(shè)備準(zhǔn)備了必要的條件。
邊緣計(jì)算是一種可擴(kuò)展的模塊化技術(shù)，支持標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化軟件組件和應(yīng)用程序的開發(fā)。采用邊緣計(jì)算技術(shù)可以幫助設(shè)備制造商將現(xiàn)有的應(yīng)用程序(如監(jiān)控軟件)整合到單一平臺上，而且還允許其他關(guān)鍵應(yīng)用程序在同一平臺上運(yùn)行。這樣開發(fā)具有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)性能的智能機(jī)械裝備和設(shè)備變得更加容易，并且可以輕松添加支持客戶不斷發(fā)展的工業(yè)4.0和智能制造需求的未來應(yīng)用程序。在實(shí)現(xiàn)過程中，邊緣計(jì)算可以促進(jìn)從現(xiàn)有的設(shè)備平滑地演進(jìn)到完全數(shù)字化的狀態(tài)，從而集成到客戶企業(yè)運(yùn)營的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，而無需復(fù)雜的改裝和重新設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)多種功能，如本地連接或云連接，成為一種涵蓋控制自動化、管理自動化的全集成智能機(jī)械裝備。
2、邊緣可編程工業(yè)控制器應(yīng)運(yùn)而生
近年來在工業(yè)自動化市場出現(xiàn)了新品種引起了廣泛關(guān)注，這就是運(yùn)用于工業(yè)邊緣、可安全接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的可編程工業(yè)控制器，例如美國Honeywell的ControlEdge PLC，OPTO 22的groov EPIC，日本三菱電機(jī)的MELIPC MI5000、MI3000、MI2000、MI1000和中國臺灣研華的AMAX-5580等。這種新的解決方案可以同時(shí)滿足自動化和IIoT的要求。對照圖1有關(guān)邊緣計(jì)算的拓?fù)鋱D，我們可以認(rèn)為這是一類集設(shè)備邊緣、路由器邊緣和計(jì)算邊緣于一體的功能多、算力強(qiáng)、通信靈活的新型控制器。這一類解決方案對下可以直接接入各種I/O，對上可以直接與云端和數(shù)據(jù)中心相連(見圖2)。
圖2 邊緣可編程工業(yè)控制器的解決方案(圖源：研華)
作為要在執(zhí)行傳統(tǒng)PLC控制功能的同時(shí)，還要重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算，解決OT和IT雙方相互交換數(shù)據(jù)并理解語義，需要增添以下的功能：
◆就地將OT領(lǐng)域的物理量轉(zhuǎn)換為能被IT領(lǐng)域運(yùn)用的信息安全的通信協(xié)議和語言所能處理的數(shù)據(jù)；
◆處理和過濾海量數(shù)據(jù)，僅向云發(fā)送必要的、供進(jìn)一步分析用的數(shù)據(jù)；
◆提供通信接口，提供閉環(huán)實(shí)時(shí)控制要求的處理能力；
◆將上述要求打包成一種能在嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行的設(shè)備，能經(jīng)受振動、潮濕、環(huán)境溫度變化和各種頻率的的電磁干擾。
為滿足IIoT的互操作性，應(yīng)該在邊緣設(shè)備中具備如下的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，例如MQTT/Sparkplug、TCP/IP、HTTP/S和互聯(lián)網(wǎng)的專用語言RESTful 的API；具備互聯(lián)網(wǎng)的信息安全技術(shù)，如SSL/TLS加密和認(rèn)證。而云基系統(tǒng)必須調(diào)用RESTful API存取數(shù)據(jù)，或者使用publish-subscribe通信模型(如MQTT/Sparkplug)從遠(yuǎn)程邊緣設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，而無需像經(jīng)過較為復(fù)雜的層次和轉(zhuǎn)換。
包括研華的AMAX-5580在內(nèi)的邊緣可編程工業(yè)控制器不是單純的PLC或PAC，但它依然提供可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)編程語言：功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)、順序功能圖(SFC)和梯形圖(LD)。當(dāng)然也可以通過邊緣控制器的開源OS，運(yùn)用高級語言(如C/C++、Java、Python或其它)存取和編寫運(yùn)用程序。于是，這樣配備的工業(yè)邊緣可編程控制器不但能作為PLC使用，執(zhí)行工業(yè)裝備的控制功能，還可以作為HMI進(jìn)行生產(chǎn)過程的監(jiān)控，作為供改善工業(yè)裝備的設(shè)計(jì)而采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，還可以運(yùn)行跟蹤用戶服務(wù)的軟件，并可在線實(shí)現(xiàn)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)、消除非計(jì)劃停車的目標(biāo)。
中國臺灣研華科技推出的AMAX-5580工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣控制器解決方案，其核心除了兼容Windows開放式操作系統(tǒng)或者開源的Linux操作系統(tǒng)，集成邊緣計(jì)算所必須的互聯(lián)網(wǎng)通訊功能MQTT，ODBC和數(shù)據(jù)采集、處理功能以外，其突出特點(diǎn)是整合了德國CodeSys的邊緣控制解決方案，在基于IEC 61131-3的PLC編程語言框架下，還集成了通用運(yùn)動控制、機(jī)器人/CNC運(yùn)動控制和機(jī)器視覺以及人機(jī)交互HMI的綜合開發(fā)環(huán)境，并配備了長于運(yùn)動控制應(yīng)用的工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT，以及各種現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)通訊。在這樣的架構(gòu)下，即融合了信息化技術(shù)，可以配合工程師完成遠(yuǎn)程運(yùn)維，全局監(jiān)控，預(yù)防保養(yǎng)，數(shù)據(jù)分析等功能，也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集，PID控制，多軸運(yùn)動控制，CNC控制等自動化加工功能(見圖3)。
圖3 研華的邊緣可編程工業(yè)控制器AMAX-5580方案(圖源：研華)
OPTO 22的EPIC groov采用開源的 Linux操作系統(tǒng)，工業(yè)4核的ARM處理器，固態(tài)驅(qū)動，6G的用戶存貯空間；有兩個(gè)獨(dú)立的千兆以太網(wǎng)接口和WI-FI的適配器；整合了高分辨的彩色觸摸屏，供系統(tǒng)組態(tài)、管理和顯示；這種邊緣可編程工業(yè)控制器還提供各種工業(yè)級的I/O模塊，讓用戶根據(jù)實(shí)際需要選用，所有I/O模塊都可熱插拔和支持自尋址；系統(tǒng)可在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境中使用，其工作環(huán)境溫度寬達(dá)-20°C~70°C。
3、邊緣控制器的軟件架構(gòu)
邊緣可編程工業(yè)控制器的軟件架構(gòu)基本上都是采用云端和邊緣兩層架構(gòu)，例如美國OPTO 22 的邊緣可編程工業(yè)控制器groov的軟件架構(gòu)(見圖4)分為兩層，上層有OT數(shù)據(jù)中心內(nèi)裝SQL Server、OPC UA、MariaDB數(shù)據(jù)庫；在云端可以根據(jù)需要選擇亞馬遜的AWS、Google云、IBM的Bluemix或微軟的Azure。而在邊緣控制器內(nèi)裝有CodeSys，PAC Control，Node-RED可編程視覺設(shè)備的開發(fā)工具，美國Inductive Automation公司的基于互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)自動化軟件Ignition以及Ignition edge，MQTT/Sparkplug，OPC UA，OPTO 22自行開發(fā)的groov view和groov manager，還有ssh(密碼網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，專對不安全網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全操作服務(wù))。將這么多外購軟件集成在一個(gè)開發(fā)環(huán)境中能夠順利運(yùn)行，也是需要花一番功夫的。
圖4 OPTO 22的邊緣可編程工業(yè)控制器的軟件架構(gòu)
圖5給出研華邊緣控制器的軟件架構(gòu)。其上端為PaaS(可以是阿里云、百度云、微軟的Azure等)，再上是SaaS，支持各種云服務(wù)，如ERP、企業(yè)全局能源管理、企業(yè)全局生產(chǎn)監(jiān)控等。其設(shè)備邊緣的軟件是圍繞CodeSys的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案展開的，兼顧實(shí)時(shí)要求高PLC、運(yùn)動控制等和采集現(xiàn)場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的SCADA的軟件開發(fā)環(huán)境，而且也提供精細(xì)化的HMI軟件開發(fā)工具。
圖5 研華邊緣控制器的軟件架構(gòu)(圖源：研華)
4、關(guān)于邊緣工業(yè)控制器通信的討論
邊緣工業(yè)控制器的通信有兩個(gè)不同層面：一個(gè)是采集工業(yè)設(shè)備和過程數(shù)據(jù)的I/O，以及與其它工業(yè)控制設(shè)備通信，屬于OT范疇；另一個(gè)是邊緣設(shè)備與OT數(shù)據(jù)中心及云端服務(wù)器之間的通信，屬于IT的范疇，也即屬于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的范疇。后者是我們要著重討論的內(nèi)容。
屬于OT范疇的工業(yè)通信，從發(fā)展的趨勢看肯定是以太網(wǎng)的一網(wǎng)到底，I/O層過幾年會統(tǒng)一到SPE(單股雙絞線以太網(wǎng)電纜)和APE(先進(jìn)物理層)，之上是OPC UA over TSN。關(guān)于OPC UA over TSN能否延伸到I/O層，現(xiàn)在還有一些沒有解決的技術(shù)問題和成本問題。不過這肯定是有一個(gè)不短的過渡期，在過渡期內(nèi)，現(xiàn)有的現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)會繼續(xù)發(fā)揮作用。
屬于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IIoT范疇的通信今后有可能統(tǒng)一。自2015年以來，MQTT一直是排名第一流行的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)專用消息協(xié)議。MQTT是開源的OASIS/ISO標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛使用在比如移動聊天、家庭自動化和汽車等偏于消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用。它還得到了智能能源、健康和銀行服務(wù)等企業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的主要云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)平臺的支持。
近些年來MQTT在制造和加工行業(yè)獲得了關(guān)注。這主要是因?yàn)椋?/span>
◆數(shù)據(jù)解耦 MQTT數(shù)據(jù)交換的解耦特性滿足了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)可縮的要求。不需要點(diǎn)對點(diǎn)連接或直接尋址，MQTT網(wǎng)絡(luò)可以靈活地?cái)U(kuò)大和共享數(shù)據(jù)。任何想要訪問已發(fā)布數(shù)據(jù)的客戶端（例如維護(hù)數(shù)據(jù)庫、ERP或SCADA系統(tǒng))都可以簡單地指向通用的MQTT代理，并訂閱任何想要的主題，而不需要發(fā)布源的詳細(xì)信息。發(fā)布端和代理之間的網(wǎng)絡(luò)流量不受接收刷新數(shù)據(jù)的訂閱端數(shù)量的影響，而且如果現(xiàn)場設(shè)備類型或IP地址發(fā)生更改，訂閱者不需要重新配置。
◆數(shù)據(jù)完整性和安全性 MQTT的體系結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)完整性和安全性也有重要影響。由于MQTT代理不存儲或修改數(shù)據(jù)，而只是分發(fā)數(shù)據(jù)，因此每個(gè)發(fā)布端都是其各自主題的單一真實(shí)源，減少了數(shù)據(jù)不符以及因數(shù)據(jù)的非扁平交換和存儲即“數(shù)據(jù)豎井”(data siloing)而發(fā)生差異的潛在可能性。
◆MQTT的容錯(cuò)特性對發(fā)布-訂閱模型的靈活性進(jìn)行了補(bǔ)充，確保在數(shù)據(jù)質(zhì)量和設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)客戶端能夠得到通知，而無需經(jīng)常輪詢。
◆代理(broker)單獨(dú)管理用戶身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限和消息傳遞，從而簡化了網(wǎng)絡(luò)管理，并允許每個(gè)客戶端對其他網(wǎng)絡(luò)成員保持匿名。而且由于MQTT連接是由設(shè)備發(fā)起(傳出)的，因此只需要代理具有開放的防火墻端口?，F(xiàn)場設(shè)備可以在完全被隔離的同時(shí)，仍然允許雙向通信。
◆MQTT還支持可選的用戶名和密碼字段，但是為了使規(guī)范盡可能簡單，它主要依賴于其他層中的安全機(jī)制。最常見的方法是利用TCP/IP堆棧中已經(jīng)內(nèi)置的傳輸層安全(TLS)機(jī)制(端口8883為MQTT TLS注冊)。結(jié)合使用信任證書來驗(yàn)證連接端點(diǎn)的身份，安全的站點(diǎn)對點(diǎn)的MQTT通信甚至在公共網(wǎng)絡(luò)上也是可行的。
然而，要在工業(yè)環(huán)境中發(fā)揮MQTT的作用還存在一些障礙。從工業(yè)應(yīng)用的視角來看，MQTT固有的靈活性存在潛在的缺點(diǎn)，需要更強(qiáng)的互操作性和狀態(tài)管理保證，才能滿足多樣化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的需求。同樣，完全不同的設(shè)備協(xié)議的集成也不能單純通過MQTT來解決，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)場設(shè)備中MQTT當(dāng)前的支持程度相當(dāng)有限，而且這些傳統(tǒng)系統(tǒng)的使用壽命很長，可能會長期繼續(xù)使用。另外，盡管MQTT在解決基本的網(wǎng)絡(luò)安全問題上走了很長一段路，但依靠MQTT本身并不足以建立一個(gè)信息安全的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的基礎(chǔ)架構(gòu)。
這些問題具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①由于沒有統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，沒有通用的數(shù)據(jù)格式，也沒有關(guān)于已發(fā)布主題的上下文信息，因此只有事先知道每個(gè)發(fā)布者數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息（要訂閱的主題路徑、如何解碼或解釋有效負(fù)載、適當(dāng)?shù)腝oS級別，以及如何識別發(fā)布者的LWT），才能被訂閱者發(fā)現(xiàn)和使用。
②由于每個(gè)設(shè)備可以自由地使用不同的約定，因此配置一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)可能需要大量的工作，類似于在應(yīng)用之間變換常規(guī)標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這些因素減緩了開發(fā)的步伐，甚至可能抑制互操作性，增加了集成成本，從根基上損傷工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)。
③雖然MQTT包括監(jiān)視客戶機(jī)連接狀態(tài)和數(shù)據(jù)質(zhì)量的特性，但不能保證供應(yīng)商將在現(xiàn)場設(shè)備或軟件客戶機(jī)中利用它們。
針對這些弱點(diǎn)以及市場上對MQTT采用情況的其他觀察，啟發(fā)了MQTT聯(lián)合發(fā)明人領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了開源的Sparkplug MQTT主題名稱空間和負(fù)載定義。當(dāng)前版本Sparkplug B(SpB)擴(kuò)展了基本的MQTT體系結(jié)構(gòu)，以解決常見的工業(yè)用例，并向符合規(guī)范的MQTT客戶端添加了一些重要的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。為增強(qiáng)MQTT的性能，Sparkplug規(guī)范添加并澄清了基本MQTT客戶端的角色，支持新特性和更顯式的消息傳遞。
MQTT/Sparkplug B體系結(jié)構(gòu)為MQTT客戶端及其數(shù)據(jù)定義了清晰的角色和行為，使底層的MQTT框架更好地支持典型的SCADA/IIoT用例。
該規(guī)范還區(qū)分了兩種類型的MQTT客戶端(見圖6):
◆MQTT/Sparkplug B Edge of Network (EoN) Nodes：這些客戶端提供物理和/或邏輯網(wǎng)關(guān)功能，為傳統(tǒng)設(shè)備和傳感器提供MQTT/Sparkplug B通信。網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)EoN還包括能夠?qū)⒆约旱腟parkplug B數(shù)據(jù)、過程變量或指標(biāo)直接發(fā)布到MQTT代理的智能設(shè)備和傳感器。
◆MQTT/Sparkplug B Application Nodes：應(yīng)用程序節(jié)點(diǎn)是軟件客戶端，其選項(xiàng)包括一個(gè)主要應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)發(fā)送命令和接收歷史數(shù)據(jù)。MQTT/SpB應(yīng)用程序節(jié)點(diǎn)也可以是常規(guī)軟件系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)。
圖6 MQTT/Sparkplug B架構(gòu)中區(qū)分了兩種不同的節(jié)點(diǎn)(圖源：OPTO 22)
MQTT/SparkplugB在工業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：
◆互操作性
Sparkplug B規(guī)范通過定義標(biāo)準(zhǔn)的客戶端角色和數(shù)據(jù)接口，解決了圍繞工業(yè)應(yīng)用的MQTT實(shí)現(xiàn)可能出現(xiàn)的不一致性問題。通過在Sparkplug B上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，來自不同供應(yīng)商的MQTT客戶端可以識別、解釋和使用發(fā)布的數(shù)據(jù)，而不需要知道原始客戶端的詳細(xì)信息。即使是擁有原有的自動化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的棕地站點(diǎn)也可以利用Sparkplug，因?yàn)樗@式地支持附帶網(wǎng)關(guān)的設(shè)備。
◆統(tǒng)一命名空間
通過使跨企業(yè)的統(tǒng)一名稱空間(定義所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的公共數(shù)據(jù)源)成為可能，這個(gè)級別的互操作性滿足了數(shù)字轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵需求。MQTT設(shè)備及其應(yīng)用程序它們共同組成一個(gè)數(shù)據(jù)端點(diǎn)MQTT代理；而與在由PLC>SCADA>MES>ERP的多層結(jié)構(gòu)中，每個(gè)層次的操作數(shù)據(jù)都有自己特定的模式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由此可見，企業(yè)客戶可以通過代理使用字段中的數(shù)據(jù)，使用Sparkplug提供通用的交換格式和統(tǒng)一的上下文語境。其結(jié)果是數(shù)據(jù)可以返回網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，供其他客戶端檢測、解釋和處理(見圖7)。通過這種方式，可以無縫地貫通整個(gè)組織共享數(shù)據(jù)，消除非扁平交換和存儲即“數(shù)據(jù)豎井”，減少潛在的差異，并允許連接的系統(tǒng)順利擴(kuò)展。
◆增強(qiáng)數(shù)據(jù)完整性
Sparkplug還提高了數(shù)據(jù)完整性和一致性，并與可靠性特點(diǎn)的相結(jié)合。通過執(zhí)行最后請求和遺囑機(jī)制，當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)沒有刷新時(shí)所有訂閱者都會得到通知，而數(shù)據(jù)的再次出現(xiàn)證明會讓它們知道數(shù)據(jù)何時(shí)再次刷新。對于那些在受監(jiān)管行業(yè)中需要?dú)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行審計(jì)或進(jìn)行根因分析的應(yīng)用，在面臨網(wǎng)絡(luò)或客戶端不穩(wěn)定時(shí)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)歷史數(shù)據(jù)可執(zhí)行防止關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失的保護(hù)。
◆減少管理
Sparkplug增強(qiáng)的狀態(tài)管理和互操作性的結(jié)合，通過減少集成每個(gè)節(jié)點(diǎn)和設(shè)備所需的管理開銷，為網(wǎng)絡(luò)可伸縮性提供了額外的貢獻(xiàn)。如前所述，按傳統(tǒng)方法集成工業(yè)數(shù)據(jù)需要在應(yīng)用程序之間進(jìn)行耗時(shí)的標(biāo)簽/變量變換。但有了Sparkplug的數(shù)據(jù)生成證明機(jī)制，這一過程加快了幾個(gè)數(shù)量級。訂閱者(特別是主應(yīng)用程序)可以使用數(shù)據(jù)生成證明中發(fā)布的信息在瞬間映射出可供使用的主題。由于每個(gè)客戶端在連接到網(wǎng)絡(luò)或更新其主題結(jié)構(gòu)時(shí)都需要數(shù)據(jù)生成證明，因此可以自動發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽層次結(jié)構(gòu)。多虧了Sparkplug B的有效負(fù)載結(jié)構(gòu)，它完成了所有元數(shù)據(jù)和用戶定義類型UDT定義。
圖7 采用Sparkplug統(tǒng)一的命名空間可使在一個(gè)組織內(nèi)來自不同領(lǐng)域或范疇的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享的互操作性(圖源：OPTO 22)
5、結(jié)束語
從工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的視角看，轉(zhuǎn)型大大的推動了工業(yè)控制和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的整合集成的發(fā)展，邊緣可編程工業(yè)控制器應(yīng)運(yùn)而生。這一工業(yè)自動化市場的新品種綜合了實(shí)時(shí)控制、高速數(shù)據(jù)采集、邊緣數(shù)據(jù)分析和處理、虛擬顯示和監(jiān)控、與IIoT高效通信等功能，在很大程度上簡化和改善了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，為云-邊-端的合理合作和協(xié)調(diào)提供了很好的解決方案。從OT-IT融合的視角看，工業(yè)邊緣控制器是OT與IT的交匯點(diǎn)，大大簡化了OT上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、上云的架構(gòu)和連接。
目前這一PLC的新品種已經(jīng)有了越來越多的工業(yè)實(shí)踐支持，對不同行業(yè)、不同生產(chǎn)裝置的控制、監(jiān)控，以及數(shù)據(jù)采集、分析、診斷等方面都取得了實(shí)際效果。研華公司在儲能調(diào)度站、包裝設(shè)備、智慧天車、自動加工生產(chǎn)線等都做了許多有益的應(yīng)用。相信其綜合集成的性能一定會在今后的智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮更多的作用。
