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为了实现IIoT的这些优势，设计团队必须依赖多项核心技术。无论是在构建在线监控系统、智能制造机器，还是测试物理或机电系统，一个关键的共性都是对边缘智能的需求。系统复杂，就需要做出实时决策。例如，在风力涡轮机叶片的结构测试中，采集量高分辨率模拟波形数据的能力对于理解叶片行为特征至关重要。同时，我们需要处理这些数据，为控制系统提供输入，使得系统能够驱动叶片，以保测试在已知条件下进行。因此，家估计至少40%的物联网数据将在边缘侧进行存储、处理、分析和响应3，也就不足为奇了。为了限度地提高性能并减少不必要的数据传输，用户必须将决策权下放到部署在设备处或附近的边缘节点。
图1.到2019年，至少有40%的物联网数据将在边缘进行存储、处理、分析和响应。
多年来，NI投资了两个高质量控制和测量平台CompactRIO和CompactDAQ。这两个平台都具有灵活性和模块化特性，并具有软件定义的功能。内置I/O接口和C系列I/O模块提供高精度I/O和特定测量信号调理，因此用户可以通过任何总线连接任何传感器或设备。 CompactRIO提供实时处理器和用户可编程FPGA，特别适用于高速控制，而CompactDAQ则提供了同类为出色的软件API NI-DAQmx，是数据采集的理想选择。
然而，当我们开始着手实现这些系统时，新的挑战不断涌现 - 特别是在系统物理尺寸不断增、传感器数量不断增加的情况下。我们仍以结构测试为例，为了全面了解风力涡轮机叶片的性能，我们需要为整个机构配备传感器，以测量应变、压力、负载和扭矩。这些传感器都会生成模拟信号，为了获得多且有用的信息，我们需要进行高速、高分辨率测量。对于诸如此类的规模应用，我们可能需要在整个系统中部署数百甚至数千个传感器。在采集所有这些数据时，我们还需要能够实时处理这些数据，以便我们可以为控制系统的所有执行器提供输出控制。
尝试开发此类系统时会遇到一些挑战
● 将数千个通道和众多测量系统同步在一起
● 同步控制系统，以便在正的时间进行所有操作
● 将测量系统和控制系统同步在一起
随着系统不断扩展以及应用的测量和控制系统不断增加，这些挑战进一步加剧。测量系统之间以及控制系统之间的同步并不是一项新挑战。今天，我们通常可以通过基于信号的方法来实现这一目标，其中使用了物理布线将公共时基或信号路由到分布式节点。但是，这在距离、可扩展性和噪声风险方面存在限性。另一种选择是利用基于以太网等通用标准的协议。以太网提供了高度开放性和互操作性，但没有延迟限制或带宽保证。为了解决这一挑战，工程师开发出一个以太网定制版本，通常称为硬实时以太网。典型的例子包括EtherCAT、PROFINET和EtherNet/IP。这些以太网定制版本提供了硬实时性能的低延迟和控制。但是，每个版本都需要对网络基础架构的硬件和软件进行修改，这不仅增加了成本，而且意味着来自不同供应商的不同设备不能在同一网络上运行。
解决这一同步挑战的新技术目前正在推向市场，这一技术称为时间敏感网络(TSN)。 TSN是标准以太网的更新版本，不仅具有开放性和互操作性，而且提供与硬实时以太网相同的低延迟和带宽保证。具体而言，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精时间协议配置文件，通过网络提供亚微秒同步。此外，流量调度和系统配置提供了定的数据通信，因此用户可以调度和优先处理网络上的时间敏感数据(例如控制信号)。
TSN的一个重要特性是时间敏感流量和其他以太网流量的融合。由于TSN是以太网标准的一项特性，时间同步和定性通信这两项新功能可支持所有以太网通信网络。这意味着测量或控制系统上的单个口可以执行定性通信，同时还可远程更新用户界面终并支持文件传输。TSN是许多工业应用的一项新增功能，例如过程和机器控制，其中低通信延迟和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还可以免除基于信号的同步所需的布线，与传统监控应用和物理系统测试(如结构测试)相比可幅减少了布线需求，从而能够在不牺牲可靠性的情况下实现更简单、经济高效的解决方案。
图2.时间敏感网络是标准以太网的更新版，包括基于时间的同步、流量调度和系统配置。
NI的产品也在不断增加对TSN的支持，CompactRIO平台的新控制器便是一个典型的产品。 用户可以将这些新控制器添加到TSN网络，并支持数据同步和定性通信，使其成为理想的IIoT边缘节点TSN的引入是解决整个系统同步挑战的重要一步。开发这些系统的工程师还在关注如何降低整体系统复杂性，同时保持或提高可靠性。由于测量和控制通常是独立的子系统，因此工具、编程环境和数据采集机制之间彼此独立。 PLC等控制系统通常采用IEC 61131-3语言编程，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，但不适合提取信息 - 因此我们需要波形数据。同样，测量系统使用波形数据提供所需的信息，但并不适用于发送单点控制信号或定地对单点控制信号作出反应。
测量和控制系统的这一特性非常直观明了。过去几年，测量和控制系统的融合进度非常缓慢。每个系统都增加了新的功能，以便更多的测量系统可以具有一些控制功能，或控制系统具有部分测量功能。随着新CompactRIO控制器的发布，我们看到了这种融合有了重进步。除了利用实时处理器和FPGA来实现定性控制应用之外，新的控制器还可以使用易用且功能强的NI-DAQmx驱动程序进行编程，从而实现测量应用。 NI-DAQmx不仅仅是一个基本的硬件驱动程序，不仅提供了配置和故障分析工具、逐步配置工具，而且提供功能强且直观的API，幅提高了工作效率和性能。工程师可以使用NI-DAQmx API来编写自定义程序，实现强的定时和同步功能，并执行高控制和监测任务。对于需要同步高通道数系统、开发基于决策的记录仪或自动化实验室实验的用户，数百个示例、充满活力的社区本地支持可帮助他们快速从概念过渡到部署。通过这种融合，他们可以使用相同的硬件和单个软件工具链，直接在边缘侧采集、处理、记录和响应输入的数据，从而终降低系统成本和复杂性在范围内，随着各工厂安全管理需求的提升，只有将可靠的过程自动化硬件设备和全面的安全管理系统相融合，才能更好地满足未来智能工厂的发展需求。
KROHNE的仪表设备与安全管理系统是如何满足未来工厂的安全管理需求的呢?
科隆公司已经将与安全相关的要点融入到我们的测量仪表产品组合之中，不仅满足新的国际安全标准，并且被赋予了*进的安全功能。
在过程仪表中实现 SIL 功能，不仅需要特定的工程和电路设计，还需要对各种类型仪表的细节有深刻的理解。在过去的数年，科隆公司对于不同的测量技术和仪表类型在各种严苛应用中所体现的性能，积淀深厚;此外，还持续地将这些经验注入到新产品的研发之中。我们所制造的 SIL 仪表，已经在广泛的测试和现场使用中得以证明，其高质量且可靠的运行，可以尽可能地降低与安全相关的应用的风险。
所有的现场仪表依据 IEC 61508 的 SIL 2/3 标准而设计研发。
市场上为数不多的科里奥利质量流量计，在具备无线监控功能的同时，也可被用安全相关的应用中。
在线诊断功能的验证测试覆盖率 > 96 %。
部分验证测试， 可帮助优化维护的工作量。
OPTIMASS — 科里奥利质量流量计域中的翘楚
多年以来，OPTIMASS 系列在几乎所有的相关应用中崭露头角。科隆公司在全维度的范围内提供性能出色且高精度的质量流量计。覆盖从小到的口径。从 0.00015 到4600 t/h 的流量。从超低温直到高温。轻松应对常规工况或严苛应用，如强腐蚀性介质、含气量各异的多相流体，以及复杂流态。
远程设置的安全性
工厂安全管理的理念不仅仅是要求安全的软件和硬件，还必须包含相关的过程自动化设备的调试和维护。因此，MFC 400 转换器的软件为所有的远程访问提供了出色的安全性和通用性验证，*通过德国莱茵的 TÜV 认证。
MFC 400，允许使用由 FSK 调制的 HART® 信号来更改与安全相关的数据，甚至可以方便地从控制室中完成此数据修改。因此，操作人员无须亲赴现场去修改任何与安全相关的参数设置。
无论是通过 HART® 通信、就地显示面板或者是使用 OPTICHECK 服务工具，都要求所有层的访问都必须设置有保护密码。
功能更强的在线自诊断
根据 IEC 61508/61511 标准所研发的 OPTIMASS 系列科氏力质量流量计，被设计用以满足安全标准的高要求。为了达到诊断覆盖率 > 96%，所有 OPTIMASS 流量计都集成了持续的信号监测、冗余的参考和校准数据所有的仪表参数设置都被冗余存储，可以随时更换转换器且无须再次手动组态对于用户而言，这就意味着更高的安全性和更少的人力投入。
提升就地组态便利性的新理念
所有的 OPTIMASS 科氏力流量计遵循参数智能化的理念高频使用的参数，出现在运行界面的层，通过这个清晰的结构可以方便地访问相关的其他参数。
低频使用的参数，被放置在“家”菜单层上显示。结果就是，操作人员节省了仪表组态和设置的时间，同时减少了意外的误操作。
关注可靠性
*进的含气管理系统 (EGM™)
除了保流量测量仪表的安全运行之外，出色的可用性和可靠性对于工厂的平稳高效运行同样至关重要。过去，科氏力流量计在技术上无法测量含气的液体;当介质中的含气量超过 4 – 5% 时，多数仪表就停止工作。于 2012 年，随着适用于全系列 OPTIMASS 科氏力质量流量计的含气管理系统(EGM™)的发布，这一挑战得以解决。科隆公司的 OTPIMASS 系列提供应对所有流态，0 ~ 100% 任一含气量的 — 标准功能。
关注在全生命周期内实现更好的测量性能
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全系列的 KROHNE OPTIMASS 质量流量计都配备了一个全面的工具包，以覆盖其整个生命周期。myDevice 工具包中的智能服务工具，将帮助您在现场实现更为便捷地调试、验证和监控。它们不仅提供符合 IEC 61508/61511 的安全回路证明测试报告，还帮助您创建详细的维护计划。
KROHNE全生命周期服务为您实现价值再提升
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