為了實現工業物聯網(IIoT),邊緣運算正密切整合自動化控制與資訊技術(IT),透過雲端運算與巨量資料分析,實現新一代智慧製造。但如何即時準確地取得設備端的訊息,並轉化成可分析利用的資料則是目前的挑戰之一。

國家儀器(National Instruments;NI)在日前舉辦的「工業量測與自動化控制研討會」發表兩款支援「時效性網路」(TSN)的最新CompactDAQ機箱——cDAQ-9185和cDAQ-9189,藉由標準乙太網路(Ethernet)為基於感測器的資料擷取系統實現次微秒級的時間同步,不僅有助於克服IT與操作技術(OT)之間的資料同步難題,並進一步擴展NI在TSN標準的投入。

TSN是以乙太網路為基礎的新一代網路標準,具有時間同步、低延遲的功能,其重要性在工業物聯網中不可小覷,因為它能在IT與OT的大規模技術整合時,克服與實體層互通性有關的諸多挑戰。

20170811_NI_NT31P1 工業物聯網架構(來源:NI)

NI技術行銷經理吳維翰在專題演說時介紹,以工業物聯網架構來看(如圖1),在雲端與設備端之間最鄰近的界限就是「邊緣」(Edge),在OT端包括各種執行測量與控制的設備機台與嵌入式感測器,IT端則提供雲端運算與伺服器等資料分析服務。「因應未來的巨量資料(big data)時代,OT必須與IT業者密切整合,透過原始資料的分析取得洞察力,從而形成企業的決策。」

專精於嵌入式開發的NI策略聯盟夥伴——星協系統科技(WPC Systems)專案經理吳志二表示,相較於傳統量測途徑採用PLC線性地傳送I/O訊號至ERP系統,到了智慧工廠或工業4.0則是以智慧化節點組成的神經網路為基礎,每一個節點都必須能夠植入人工智慧(AI)與演算法,並彼此協同與互動。在此,TSN扮演了重要的角色,它能透過現有的網路架構讓所有的節點同步,而不必為了升級工業物聯網而重新佈線。

最新的CompactDAQ延續CompactRIO成為NI產品組合中最新的乙太網路TSN平台。由於TSN支援精確的時間同步,能讓運算資源在整個工業物聯網架構之間靈活定位,並可透過自動化同步多個機箱的驅動軟體(如NI-DAQmx)支援多個分散式系統,從而將所擷取的資料傳送至更高層級的軟體執行分析。

吳維翰說:「由於網路頻寬存在延遲問題,無法確保時間同步。為了實現精確的同步監控,透過架構在802.11網路協定分析的TSN技術,能夠讓兩個CompactDAQ機箱之間精確同步至微秒級的效果,解決兩地之間傳輸封包的時間延遲問題。」

在邊緣網路中還必須是開放架構的平台。他解釋說:「與介面連結的系統不只是NI的邊緣節點,也可能是擴增實境(AR)、機器學習(machine learning)等其他多家供應商的技術。」這正是支援開放式TSN標準的CompactDAQ平台所具有的優點。此外,這款專為遠端或分散式量測系統而設計的CompactDAQ還可控制C系列I/O模組與Windows或NI Linux Real-Time主機之間的時序、同步與資料傳輸,實現類比I/O、數位I/O與計數器/計時器的量測作業。

20170811_NI_NT31P2 支援TSN時間同步的CompactDAQ平台採用分散式架構,可將系統分為多個子系統,並將測量設備放在最接近待測物處,使得收集的資料更加真實準確

NI還介紹了新一代的LabVIEW NXG工程系統設計軟體,搭配支援TSN的CompatDAQ模組化硬體解決方案,將更有利於加速工業物聯網的佈署;藉由模組化的軟硬體解決方案提供高性能與功能性,為工程師在打造工業物聯網解決方案時降低特定領域的進入門檻。

吳維翰說,NI正積極佈署TSN,從去年的CompactRIO開始導入TSN,今年進一步讓CompactDAQ支援TSN,未來的其他儀器也會跟進,預計每一年都可以看到更多針對TSN的產品佈局。