据悉www.cechina.cn，到2020年将有多达500亿个设备相互连接起来，专家估计工业部门将占据其中的一半。工业物联网（IIoT）的实施，将为传统的制造企业带来三个方面的优势：
　　●通过预测性维护提高正常运行时间；
　　●利用边缘控制提升性能；
　　●通过连接获得的真实数据，来改进产品设计和制造工艺。
　　过去，工厂最关键资产的正常运行时间，通常取决于某行业专家的手动检查。但不幸的是，现在这些专家越来越稀缺，因此手动监控并不适合扩展到整个企业范围。据估计，现在企业每天收集的数据，只有5%用于分析，而IIoT的实施将有助于使用分析和机器学习预测资产剩余的使用寿命控制工程网版权所有，并在代价高昂的故障出现之前，提前规划好维护活动。 
　　IIoT带来的第二个好处是改善和优化性能。在生产线或现场部署的智能设备，必须能够根据从上游其它设备上接收到的信息，例如温度或生产量调整其参数。提高这些系统性能的最佳方法是在机器或资产方面实现完全自治。在这种情况下，如果机器可以学习，无论是从其它机器或通过自己的 “经验”，那么它们就可以自动调整控制参数，并更好地适应周围的环境。 
　　IIoT的最终好处是改进了产品的设计和生产。这有时被称为“用于研发的IIoT”。现实世界中的数据 (如使用数据) 被反馈到工程中，以改善下一代产品。这不仅仅是获取数据，还需要有效地管理数据以获得有价值的信息。例如，捷豹路虎公司拥有数百名工程师，每天生成总计超过 500 GB的时间序列数据。此前，该公司仅分析了这些数据的10% ，但在实施IIoT解决方案后，它将数据分析的覆盖率提高到了95%。现在，它可以在较短的时间内解决更多的设计问题。 

TSN是标准以太网的演化，包括基于时间的同步、流量调度和系统配置。 

　　边缘智能的需求
　　为了实现IIoT的优势，设计团队必须依靠几种核心技术。无论是建立在线监控系统、智能生产制造设备，还是测试物理机电系统，其中关键的共性都是对边缘智能的需求。系统越复杂，就越需要实时做出决策。例如，在风力涡轮机叶片机构测试的过程中，能够获得大量的高分辨率模拟量波形数据是至关重要的，因为只有这样才能了解实际行为的特点。同时，需要对这些数据进行处理，以便为驱动叶片的控制系统提供输入，以确保在已知条件下进行测试。因此，根据IDC的专家估计，IIoT创建的数据，至少有40%将在边缘区域被存储、处理、分析和操作，这一点不足为奇。 
　　为了使性能最大化，并减少不必要的数据传输，必须将决策权下放到部署在“物”上或接近“物”的边缘节点上。在部署实施这些系统时CONTROL ENGINEERING China版权所有，特别是随着系统物理规模的增长以及传感器数量的增加，出现了新的挑战。再回到前面结构测试的实例，为了了解风力涡轮机叶片如何运转www.cechina.cn，整个结构需要配置传感器来测量应变、压力、负载和扭矩。这些传感器都产生模拟信号，必须利用高速、高分辨率的测量来获取最有价值的信息。对于这样的大型应用，可能需要在整个系统中配置成百上千个传感器。采集这些数据时，必须实时处理，以便为控制系统的所有执行器提供设定值。 
　　在开发这样系统的过程中，可能会出现一些挑战: 
　　●需要同步数以千计的通道和众多的测量系统；
　　●需要同步控制和测量系统，以便在正确的时间发出所有的驱动指令。
　　随着系统的扩展，将有越来越多的测量和控制功能增加到应用中，这些挑战会被进一步夸大。将测量系统与其它测量系统同步，将控制系统与其它控制系统同步，并不是一个新的挑战。通常，这可以通过基于信号的方法实现，其中物理布线用于将公共时间基准或信号传输到分布式节点。不幸的是，这种方法在距离和可扩展性上有其局限性，并且会有噪音的风险。 

TSN的一个重要方面是时间关键通信和其它以太网通信的融合。 

　　TSN带来新的可能性
　　另一个选择，是利用构建在通用标准 (如以太网) 之上的协议。以太网提供了开放性和互操作性，但没有延迟或带宽方面的保证。为了解决这一难题，开发了以太网的自定义版本，通常称为硬实时以太网。EtherCAT、Profinet 和EtherNet/IP 都是典型的例子。这些自定义的以太网变体，提供了硬实时性能和一流的延迟性能和控制。然而，每个变体都包括对网络基础设施的硬件和软件的修改，这不仅会增加成本，而且意味着不同供应商的不同设备无法在同一网络上运行。
　　现在，能够解决同步问题的新技术已投入市场，它被称为时间敏感网络(TSN)。TSN是标准以太网的一种进化，它提供了开放性和互操作性，但增加了有限的滞后时间和由硬实时以太网提供的带宽保证。具体地说， TSN提供三个关键组件: 基于时间的同步、流量调度和系统配置。同步功能基于IEEE 1588精确时间协议，可提供亚微秒级的网络同步。此外，流量调度和系统配置提供了确定性数据通信，因此用户可以在整个网络上调度和优先处理时间关键数据 (如控制信号)。 
　　TSN的一个重要方面是时间关键通信和其它以太网通信的融合。由于TSN是标准以太网的进化，所以时间同步和确定性通信的新功能，可以运行在与其它网络通信相同的网络上。这意味着测量或控制系统上的单个端口，可以执行确定性通信，同时更新远程用户界面终端和支持文件传输。 
　　TSN有助于许多工业关键应用的改善，例如过程和机器控制，在这种情况下，低通信延迟和最小抖动，对于满足闭环控制要求至关重要。基于时间的以太网同步，也最大限度地减少了在监视应用和物理系统测试(如上述的结构示例)中所需使用的电缆线，从而诞生了更简单、更经济高效的解决方案，同时还不以牺牲可靠性为代价。 
　　TSN的引入向解决整个系统同步难题迈出了一大步。在开发这些系统时，另一个需要关注的事项是降低整个系统的复杂性，同时维持或提高可靠性。用户可以开发应用基于TSN的测量和控制系统，但是在各自的环境中编程并处理它们各自的数据收集机制，仍然是一个挑战。 
　　克服挑战
　　可编程逻辑控制器 (PLC)使用IEC 61131-3的编程语言，可对单点数据进行操作。这种类型的数据非常适合控制应用控制工程网版权所有，但不适合获取信息（需要波形数据）。同样，测量系统使用波形数据进行工作，以提供所需的信息，但并不适合于发送单点控制信号或对其进行确定的反应。
　　过去几年里，测量和控制系统正在逐渐融合。每个系统都增加了新的功能，以便更多的测量系统可以做一些控制功能，反之亦然。测量和控制系统这种持续的融合，将对未来的IIoT应用产生重大的影响。测量和控制系统将成为同义词，无需同时部署两个系统。测量和控制将能够使用单个软件工具链来获取、处理、记录和响应传入的数据。
　　拥有独立的测量和控制系统使系统更加复杂，因为必须创建两个独立的系统，而这通常需要使用不同的软件工具。然后，再将这些系统集成在一起，会产生额外的布线以及其它需要考虑的相关因素。 
　　相反，应该考虑一个完全整合的测量和控制平台。这样的平台需要提供测量系统的测量宽度、精度、信道可扩展性和 I/O 同步需求，以及控制系统的可定制性。通过这样一个平台，测试工程师、维护经理和机器设计者都将拥有必要的工具，以充分受益于IIoT，同时降低部署的成本和复杂性。（作者：Brandon Treece）