案例研究:启动全国设备网络

在不断变化的市场中提供优质服务并保持竞争力的秘诀是什么?你可以从Alta制冷公司的经验中学到一些东西。在过去的10年里，它从一家定制工程服务公司转变为一家可扩展的工业设备制造商，使用面向边缘的控制架构来有效地管理不断增长的安装基础。

Alta在美国各地设计和安装制冷系统超过45年。多年来，这些系统都是大型定制设计的系统，使用中央机房通过长时间的架空管道将制冷剂输送到各个设施区域。由于它们的尺寸，这些系统需要大量的时间来设计和编程，竞争对手能够用更便宜、更简单的产品窃取他们的一些市场份额。

Alta的控制工程师彼得•桑托罗(Peter Santoro)表示:“竞争对手可以使用20-30台更便宜的空调，其控制仅限于一个愚蠢的恒温器，以与Alta的大型系统竞争。”

Alta知道自己无法通过降低产品质量来竞争，所以该公司寻找一种在不牺牲产品特性的情况下实现产品标准化的方法。

我们是专家
2013年，Alta推出Expert系列模块化制冷控制单元。每个单元都采用标准、可靠的设计，可以安装在服务区域上方的屋顶上，简化了安装。

Santoro解释说:“单个Expert的I/O几乎和整个集中式系统一样多，而且由于单元要小得多，布线和导管的运行时间非常短，允许我们塞进大量传感器。”“这些设备本身也非常高效。我们分析外部环境条件和制冷空间，并进行实时热力学计算。这让我们可以进行可变容量的制冷，并且只运行所需的制冷量。所有的马达都是变速驱动的。我们还设计了许多用于系统的传感器，使我们能够获得精确的阀门定位，并监控整个系统的制冷剂水平。我们充分利用各种配置的霍尔效应传感器来监测制冷剂水平和电机位置。每个单元上都有一个专用的能源监控器，这样我们就可以监控电压和电力使用情况。”

由于所有专家系统本质上都是相同的，Santoro和他的同事Todd Hedenstrom能够专注于创建一个适用于许多不同应用程序的健壮而完整的解决方案。

这是个好问题
市场对Expert的反应非常积极。Alta已经售出了近600套，通常会在明年售罄。但增长也会带来挑战。由于只有一个小型控制工程团队，维护不断增长的安装基数变得非常耗时。

除了时间紧迫之外，Alta之前的一些设计还涉及到系统维护问题。例如，控制系统需要许多步骤来正确地更新现场的控制策略，包括在控制引擎和用于远程连接的web服务器之间交换文件。而且，由于Alta之前将远程连接的详细信息留给每个客户，这增加了团队的工作量，要求他们每天使用不同的方法(如VPN、Citrix、LogMeIn和TeamViewer)登录每个站点。

Alta的集中控制系统设计是围绕一个工业PC (IPC)构建的，在一个分布式I/O系统上运行自定义c++代码光电子的22．在设计Expert时，采用Opto 22 PAC(可编程自动化控制器)取代IPC，简化了控制系统。

虽然这一更改是一种改进，因为它允许通过PAC管理系统的所有组件，但它仍然需要一个多步骤更新过程，并且没有提供Alta想要的那么多数据访问。这促使Alta探索使用Opto 22的groov EPIC(边缘可编程工业控制器)系统。

EPIC在单一背板上支持IPC和PLC的所有电源、I/O、通信、存储和网络功能，而无需维护完整Windows操作系统环境的复杂性。

通过控制器实现Web界面
Santoro和Hedenstrom首先使用grov EPIC的操作系统shell将他们的PAC应用程序移植到c++。

新程序使用Opto 22的c++ OptoMMP SDK(软件开发工具包)控制已安装的I/O模块(电压和电流传感输入和离散交流输出)。该应用程序还包括自己的Modbus服务器，用于创建和管理与变频驱动器、本地能源监测单元和其他远程设备的连接。

“我们也有自己的REST API和运行在c++应用程序上的web服务器，”Santoro补充道，“允许我们用HTML和Javascript创建自己的网页界面，”比如谷歌图表API(应用程序编程接口)，在HMI中显示能源指标。

每个Expert web界面都由EPIC控制器提供服务。该界面包括用于不同单元配置的预构建模板，并验证系统设置，以帮助技术人员识别超出范围或不推荐的配置值。它还可以根据需要生成警报。或者，客户可以通过专家的Modbus服务器或REST API访问单元数据。

为了管理专家组，Alta使用一个单独的HMI服务器从每个单元读取数据，并呈现整个系统的统一视图。桑托罗解释说:“我们所有的站点都需要有一个本地接口，让操作员可以看到他们制冷设备的全局视图，而不是必须管理与数百个独立设备的网络连接。”

为了创建这个站点级HMI，每个Expert将临时数据存储在groov EPIC的共享内存临时存储区。Alta的HMI服务器运行在Windows上，并使用Opto 22的. net OptoMMP SDK以一秒的增量从所有单元检索数据。数据存储在周期文件中，这些文件维护一个星期的缓冲区，HMI服务器使用这些数据生成趋势、图表和电子邮件通知。

Alta还可以远程访问这些数据，以排除最近发生的事件。默认情况下，groov EPIC不会在其以太网端口之间路由流量，因此Alta可以使用控制器为每个Expert创建一个安全区域。每个EPIC上有一个端口连接到专用于控制器及其远程设备的专用网络。另一个端口连接到给定站点上所有单元以及本地HMI服务器之间的公共网络。

该服务器连接到internet，并使用MQTT发送和接收数据，充当每个Expert到驻留在Alta总部的MQTT代理的中间人。当Alta的远程HMI需要新数据时，它会通过MQTT向本地服务器发送请求。然后查询数据并发回。到本地HMI服务器的外部连接受到限制，因此唯一允许通过的流量来自出站MQTT TLS连接。

最近，Alta也使客户能够访问这个远程服务器。服务器有自己的数据库，每隔10分钟记录每个专家的温度和能源使用情况。

全国数据聚合
使用groov EPIC, Alta现在已经建立了一个全国性的HMI，该HMI汇集了来自其专家单位网络的数据，并突出了团队需要采取行动的任何问题。他们不必每天花费数小时检查每个站点，而是可以在几分钟内监控整个安装基础。他们知道何时出现问题，可以输入并跟踪必要的工作指令，跟踪技术人员的位置，并监控每个单元的能源使用情况。当告警发生时，系统会创建一个交互式的事件时间轴，记录告警发生前后的事件。

“通常，我们在客户打电话之前就知道问题是什么。我们只需要开车过去把它修好。”桑托罗说。“通过从我们的单位获得的大量数据，我们能够远程诊断绝大多数问题。这使得我们的许多终端用户甚至不需要工作人员进行现场维护。也不再与第三方系统对接。这都是积分。”

由于Alta可以通过单个设备管理整个平台的i /O配置、控制策略、通信和网络，因此为系统本身提供服务也变得简单得多。“我们引入的最好的功能之一是通过我们的网络界面更新程序的能力。现在，批处理程序将所有程序文件打包到.gz(压缩)文件中。技术人员可以上传文件并重新启动系统，”Santoro说。

Alta还使用groov EPIC的触摸屏作为控制柜内的维护接口。原生groov Manage应用程序允许他们直接在控制器上查看和修改I/O和网络设置，而不需要使用单独的计算机接口。使用EPIC的本地HMI服务器groov View, Alta还为技术人员提供了本地控制选项和关于Linux程序状态的基本信息。