智能工厂构建：数字化的制造或生产的所有方面数字化的设施
智能工厂是一种将允许数字化的制造或生产的所有方面数字化的设施。这种操作通过连接的设备和系统不断记录数据，然后传播这些数据，使机器能够运行自我优化的程序。这种程序可以帮助工厂缩短给定最终产品的生产时间，主动预防机械问题，并简化相关的制造任务。构建智能工厂的综合方法，利用云工具、人工智能、工业物联网、大数据分析，监控供应链预测，触发生产线响应，适应性越来越强。
支持智能工厂功能的网络
现在我们来看看智能工厂连接的细节。支持智能工厂功能的工业协议通常需要物理组件的认证。CAT5e、CAT6和PoE连接在自动化机器和机器人中越来越受欢迎。此外，灵活的CAT5e和CAT6电缆支持CC-Link工业以太网(IE)网络，并为北美市场提供电缆运营商的捆绑组件，并获得UL认证。
考虑支持CC-Link IE现场工业网络的工业控制器，允许数据交换到1ms，进行实时设备控制。这些控制器中的一些还使用网络进行远程监控、边缘计算、数据计算以及硬件和软件的集成。这些控制器通常安装了Windows 10物联网，但它们也可以使用操作系统VxWorks和开放平台Edgecross来处理和分发数据。这些工业计算机中的一些甚至包括触摸屏，触摸屏可以兼作人机界面(HMI)。
HIPERFACE DSL的主要优势在于，它允许电机电源和位置反馈通过一根电缆进行路由，从而降低了复杂性和成本。此外，智能HIPERFACE DSL编码器包括一个用于存储电机信息的内部存储器，因此伺服驱动器可以在初始连接期间查询这些信息，以帮助自动化电机调试。
同样，基于以太网甚至数字用户线(DSL)电缆的单电缆解决方案改进了包含线性致动器的机械，并且通常提供与不同制造商的放大器的兼容性，从而实现控制器和致动器的快速无缝集成。
单电缆IO-Link也越来越多地用于工业连接。一些智能电机供应商已经开始将IO-Link初级产品集成到其核心产品中，以支持具有分散自动化概念的可连接传感器。当然，可以通过工业以太网或can总线通信的电机不需要作为辅助设备连接到IO-Link网络。
IO-Link还可以将组件上的传统模拟连接器数字化，以实现双向通信和更快的调试时间。难怪有人在控制端使用IO-Link连接，支持多协议，用串口连接。
协议和云连接服务于智能工厂功能。
考虑工业物联网连接中使用的各种协议和通信，如SCADA、MES和企业资源规划(ERP)架构。这些是IT/OT(运营技术)融合中涉及最多的——通常涉及企业级任务、网关和通过标准Web浏览器进行系统配置的其他连接...以及操作调整和其他管理操作。
需要明确的是，全面的SCADA安装在大数据的捕获和处理、历史数据的维护和使用以及分析例程的执行方面非常出色。然而，智能工厂解决方案允许更快地设置远程访问网络、边缘计算系统以及相关机器设置和数据的中央或机载(HMI)控制。
许多IIoT安装使用结构化查询语言(SQL)，它允许数据和事件日志与MySQL和MS SQL数据库服务器编程同步。这样做的好处是IT人员访问比依赖控制的替代方法更容易实施。无论系统采用树莓Pi等基础控件还是基于PC的复杂物联网数据库接口(通常需要额外的软硬件)，都是如此。
此外，基础设施、平台和软件即服务(分别为IaaS、PaaS和SaaS)或云服务也被广泛采用，以支持多管齐下的IIoT设计方法(涉及软件、硬件和连接)。包括阿里云、腾讯云、谷歌云、IBM云、甲骨文云。然而，美国目前两大领先的机器自动化公共云服务提供商是:
亚马逊网络服务公司和AWS云软件和服务
微软Azure物联网边缘云软件和服务
这种云服务主要支持数据库的使用，如亚马逊简单存储服务或S3桶和亚马逊DynamoDB托管数据库服务等产品，在线和本地应用程序，以及按需计算能力。与后者相关的是AWS Lambda服务，它允许Python、Node.js、Java和C#编程在这个服务的服务器上运行。HMI允许终端用户充分利用这些工业物联网功能。
当然，云服务还有其他功能。AWS和Azure应用于工业物联网的部分原因是越来越多的工程师已经习惯于在这些平台上构建自己的基础设施。毕竟，基于云的数据服务将工程师从底层硬件和软件的额外设计工作中解放出来——因为提供商执行IT任务。AWS和Azure还允许使用抽象数据流和通信的软件——通过具有吸引力的GUI的开发环境简化一些设计工作，并将工程师从处理编程细节中解放出来。
云服务还通过运行操作系统和应用程序的虚拟机促进高级工程设计…设计工程师控制这些虚拟机。更重要的是，云服务可以容纳发布-订阅协议上的各种通信服务，并成为所有这些服务的主要服务。这消除了系统设置期间耗时的寻址需求。
所有这些功能都可以促进高级功能，包括机器学习来分类和提取数据，以及进行预测以提示机器和生产调整。
一个相关的趋势是，供应商越来越多地使用预先规划的云门户。这些门户是连接用户控制器和触摸屏HMI的在线服务，为工程师开始使用IIoT提供了一种简单的方法。然后，工程师可以根据趋势定制HMI屏幕和仪表板，并使用云门户管理的规则引擎配置HMI电子邮件通知。函数列表还在继续。一些安排允许对组件进行远程软件更新，以及远程查看组件的Web可视化。
AWS GreenGrass Core认证的触摸屏HMI和控制器，基本上都是利用AWS，包括AWS Lambda和Things Graph，让连接的边缘设备，比如传感器和执行器，在本地处理它们产生的数据，使用云端进行数据管理、存储和分析。通过AWS物联网Greengrass，连接的设备也可以运行Docker Inc .的集装箱化服务的Docker containers。
回想一下，在工业编程的环境中，容器是一个可执行的软件，它包含独立运行应用程序所需的代码、系统工具、运行时、库和设置。在许多机器设计中，容器被设计为与其他系统通信和同步数据，或者执行各种预测——即使在与互联网断开连接的情况下。在容器中构建应用程序的优势包括:
易于部署到设备
软件的可移植性允许它在不同的平台上使用。
通过为工程师的应用程序提供沙箱来提高安全性
一些HMI和DIN导轨安装控制器接受Docker安装。事实上，一些供应商定期发布预构建的容器来扩展这些产品的服务。
无论HMI在哪里连接到云，它都可以为企业分析和持续运营改进提供信息，并具有一些IIoT功能。涉及一到数百台机器的自动化安装就是这种情况。支持IIoT功能(包括与边缘设备的各种形式的数据通信和HMI连接)的协议包括:
开放平台通信统一架构(OPC UA)
比喻状态转移或(REST)及其应用编程接口(API)
高级消息队列协议(AMQP)
队列遥测传输或MQTT
MQTT是许多物联网连接结构的核心，它是一种支持传感器和移动设备之间可扩展通信的协议。任何对MQTT的内置设备支持都是有用的，因为它适用于亚马逊AWS物联网服务。此外，MQTT(如AMQP)被简化和标准化，MQTT可以在处理现场和云系统的现场设备数据的网关HMI上实现。提供最多MQTT支持的HMI应该连接到增值服务，在第三方系统中提供边缘处理的数据，并通过云服务运行。这种HMI可以充当MQTT发布者(向代理发送消息)或订阅者(从代理请求消息)或代理(管理发布者或订阅者的数据和连接)。
互操作性标准OPC UA对于充分利用连接HMI技术的前景也是必不可少的。OPC UA在其规范定义中包含了发布-订阅通信，因此可以代替MQTT向云端传输数据。运动控制领域非常重视OPC UA的标准化通信协议，辅以时间敏感网络(TSN)作为一种分散化和自动化的独立于供应商的现场总线。带有TSN的OPC UA甚至可以使额外的PLC变得不必要——例如，在使用集成伺服电机的机器中。毕竟，现在比以往任何时候都有更多的系统受益于包括智能电机和其他组件的分布式架构，这些组件可以处理命令并执行诸如体育等任务，同时与其他设备实时通信。在某些情况下，后者可以包括HMI作为边缘网关来处理一些轴的过程逻辑，以及与ERP系统和云的连接。
HMI如何使用MySQL数据库连接的示例
前面提到的SQL在许多工业物联网安装中使用。这个关系数据库管理系统是免费的、开源的，并得到了广泛的支持。它也非常安全，因此可以安全地集成到控制器HMI和面板PC中。SQL的优势之一是IT人员访问比依赖控制的替代方法(通常需要额外的硬件和软件)更容易实现。无论是树莓Pi这样的简单系统控件，还是PAC这样带有物联网数据库接口的复杂系统控件，都是如此。
事实上，SQL还与一些控制器HMI一起收集和显示机器数据，以便进行监控和分析。例如，将这种HMI连接到MySQL数据库，可以在灵活可信的数据库中收集、组织和存储数据，从而方便访问和优化业务运营。
一些供应商设计软件可以帮助工程师通过智能HMI使用MySQL，将Excel电子表格中的数据(或其他常用软件的文件中的表格数据)放入:
在HMI界面中显示信息
将数据和事件日志同步到本地网络上的远程MySQL服务器。
管理服务器上的数据
然后，工程师可以使用MySQL和MS Excel来收集、分析和响应数据，以做出更明智的决策和优化运营。
