基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備互聯(lián)互通標準化方案
摘要 物聯(lián)網(wǎng)是近年來一個越來越火爆的概念,與云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)交織在一起,但真正落地的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用卻寥寥無幾。在第44屆世界標準日論壇活動上,旋思科技分享了其集采集、安全、智能、交換功能于一體的新一代工業(yè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備--SymLink工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)。重點介紹了在設(shè)備互聯(lián)互通標準化應(yīng)用方面的探究,以及相關(guān)落地應(yīng)用的經(jīng)驗交流。 一、工業(yè)自動化行業(yè)面臨的挑戰(zhàn) 中國的工業(yè)自動化經(jīng)歷了十幾年的迅猛發(fā)展,中國本土、美國、歐洲等各種國內(nèi)外的技術(shù)、產(chǎn)品被部署到了國內(nèi)的工業(yè)自動化現(xiàn)場。 我們可以看到,現(xiàn)實存在的情況是:
那么,企業(yè)又是如何應(yīng)對這一現(xiàn)實情況的呢?總結(jié)一下,大致是兩種應(yīng)對措施: ●分而治之——找不同的供應(yīng)商搞定不同的設(shè)備互聯(lián)。 比如某家PLC要接入,就去找這個品牌的廠商或代理商。對于系統(tǒng)集成商也是如此。例如某大型系統(tǒng)集成商,每年承攬10個項目,為每個項目定制了10種設(shè)備接入方案,一年下來就是10*10=100種方案要定制處理。 由此帶來的問題: 實現(xiàn)方式各不相同,難以管理和維護,并且無法實現(xiàn)資源共享。比如設(shè)備提供了一個通訊端口,去年企業(yè)實施能源管理系統(tǒng),實施了數(shù)據(jù)采集。今年環(huán)保局需要這個設(shè)備的一些數(shù)據(jù),而且要求必須是設(shè)備一手實時數(shù)據(jù),這個時候我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備已經(jīng)沒有端口可供我們實施了。 ●多人協(xié)作——采購多種設(shè)備共同協(xié)作,以完成設(shè)備互聯(lián)。 例如用工業(yè)控制計算機+工業(yè)軟件+串口服務(wù)器+網(wǎng)絡(luò)交換機+GPRS模塊+各種防護設(shè)施等等。由此帶來的問題:除了多種設(shè)備帶來的高成本之外,調(diào)試、維護困難,對人員要求高是更大的問題,各設(shè)備之間錯綜復(fù)雜,導(dǎo)致系統(tǒng)脆弱。 我們曾經(jīng)走訪過一家企業(yè),是做微電網(wǎng)的。自控主管抱怨說,有家集成商,問題總搞不定,前前后后出差來了無數(shù)趟,每次都是前腳剛走,沒兩天又出問題了。后來對方的合同尾款也不要了,問題也不管了。搞得大家都很受傷。我們到現(xiàn)場打開控制柜一看,在通信這塊,用了工控機、板卡、串口服務(wù)器、轉(zhuǎn)換器、工業(yè)組態(tài)軟件等等,通信流特別復(fù)雜加上服務(wù)人員可能水平又不夠高,總出問題也就不足為奇了。 也就是說,企業(yè)也意識到當前的狀況有多么糟糕。但是自動化與信息化兩化融合工作又日益迫切,設(shè)備互聯(lián)互通的工作正在更大規(guī)模的展開,風(fēng)險也就越來越大。大家之所以還在忍受現(xiàn)狀的煎熬,是因為似乎沒有更好的辦法。 但是,真的沒有更好的辦法了嗎? 二、改變,從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尋求答案 大家都知道,要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng),首先要實現(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的融合。如何將多種儀表、多制式傳感器和控制器接入移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。同時面對大范圍的接入,必須是一種標準、可用、易用、易維護的方案。這其實也正好回答了前面提到,如何解決企業(yè)當前面臨的困局。即客觀上需要有一種融合的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。
三、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)探討 在解決設(shè)備設(shè)備互聯(lián)問題的困擾上,我們認為,破局的關(guān)鍵是—平臺化。 我們可以看到,傳統(tǒng)的兩化融合,普遍認可的結(jié)構(gòu)是經(jīng)典的三層結(jié)構(gòu),即PCS(Process Control Sysmtem過程自動化系統(tǒng))-MES(Manufactory Execution Sysmtem制造執(zhí)行系統(tǒng))-ERP(Enterprise Resource Planning企業(yè)資源計劃系統(tǒng))。 對于層與層之間如何對接基本沒有標準可循。因此在項目實施中都是八仙過海各顯神通。在MES和ERP層之間,相對還算好處理,因為都是信息化的范疇里。而PCS和MES層之間,復(fù)雜性就更大了,因為PCS層的設(shè)備多樣性的關(guān)系。也就出現(xiàn)了上面所談到的現(xiàn)狀。 如果在PCS和MES之間,增加一個子層—ICT(Information Communication Technology信息通信平臺層),作為標準平臺,將會是這樣的狀況:
這個平臺層就是以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)為核心構(gòu)建的。如此一來,設(shè)備互聯(lián)互通的標準化將成為可能。對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)擔當起這一重要角色,她需要具備以下一些優(yōu)勢特點: 1)遠程管理 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)是工業(yè)級無人值守型設(shè)備,可以由安裝工人,而不是高級工程師進行現(xiàn)場安裝。然后,工程師可以在辦公室內(nèi),對所有的現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)進行遠程管理、調(diào)試。從而實現(xiàn)設(shè)備接入和維護?,F(xiàn)場如果出現(xiàn)通信問題,首先要做的,也是遠程診斷,和盡可能遠程解決。這樣,現(xiàn)場出差的次數(shù)大大減少了,設(shè)備維護的周期和成本也大大降低。 2)安全互聯(lián) 傳統(tǒng)模式下企業(yè)面臨的問題,除了前面提到的便捷性、穩(wěn)定性和性價比問題外。還有一個巨大的風(fēng)險:安全性。這里指的安全性,涵蓋兩個方面: 控制網(wǎng)絡(luò)安全 當我們把控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)直接連接,以采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同時,來自于信息網(wǎng)絡(luò)的不安全因素,例如黑客、病毒等威脅隨之而來。駭人聽聞的震網(wǎng)病毒,正是借由工廠信息網(wǎng),入侵到控制網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致了伊朗核電站的物理損毀。 數(shù)據(jù)安全 目前大家的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送,大都采用ModbusTCP等工業(yè)標準,用明文方式傳送,中間傳輸過程非常容易被截取。從而把控制服務(wù)器的IP地址,敏感生產(chǎn)數(shù)據(jù)(部分數(shù)據(jù)屬于商業(yè)機密)暴露出來。 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)采用白名單、物理隔離、數(shù)據(jù)加密等技術(shù),可以很好的解決上述兩個問題。 3)智能應(yīng)用 關(guān)于這一點,可以舉一個案例來做說明。 有一家做EMC(合同能源管理)的企業(yè),從事酒店熱水節(jié)能改造業(yè)務(wù)。即通過給連鎖酒店的熱水鍋爐進行節(jié)能改造(太陽能、天然氣、地源熱泵、電加熱四聯(lián)供的組合),以實現(xiàn)節(jié)能。業(yè)務(wù)開展的不錯,但做到一定規(guī)模時問題出現(xiàn)了。一是來回巡檢的維護人員需求太大,二是故障不能及時處理導(dǎo)致客戶投訴,因此該公司尋求自動化企業(yè)的解決方案。 基本方案都是:在每個酒店部署一套自控系統(tǒng),由PLC、串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、上位機算機、上位控制軟件、遠程通信模塊等組成。而且酒店要求有人值守。 這樣的成本,是該EMC企業(yè)無法承受的。而我們應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),就很好解決了: 每個酒店只需要部署一臺工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān),就能實現(xiàn)現(xiàn)場的所有需求,并且無人值守。同時,在網(wǎng)關(guān)中還部署了一些設(shè)備模型和智能算法,例如預(yù)警邏輯。通過網(wǎng)關(guān)的3G端口,將數(shù)據(jù)統(tǒng)一推送到該項目的私有云,最終維護人員通過手機端即可實現(xiàn)遠程管理。
這個是智能應(yīng)用例子的典型訴求是能夠整合多種設(shè)備的功能于一身,從而幫助客戶降低成本,簡化管理。 4)穩(wěn)定可靠 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)承擔的功能,相當于網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元節(jié)點。所有的數(shù)據(jù)都依賴于這個節(jié)點,所以要求高穩(wěn)定性。 從設(shè)備角度來說,要求采用工業(yè)級設(shè)備,寬溫、抗電磁干擾能力強。 從網(wǎng)絡(luò)角度來說,要求能夠適用多種鏈路、復(fù)雜路徑。能夠在多種鏈路之間切換、互為備份。 從系統(tǒng)角度來說,要求能夠?qū)崿F(xiàn)斷線緩存等功能。 5)簡單易用 作為產(chǎn)品級的解決方案,簡單易用是必須的。無論是SI的實施、維護工程師,還是業(yè)主的設(shè)備口、信息口管理人員,通過簡單的培訓(xùn)或自學(xué),就應(yīng)該能掌握產(chǎn)品的基本使用。 物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)以下措施來提升簡便性: ●采用完全可視化的拓撲結(jié)構(gòu)圖 配置過程用圖表、向?qū)У冗M行,界面友好、容易上手; ●用驅(qū)動庫的方式解決設(shè)備協(xié)議多樣化問題 設(shè)備使用到的通信協(xié)議種類眾多。例如Modbus、IEC104、DNP、BACnet等等,大大小小至少幾千種。網(wǎng)關(guān)如果只支持單一協(xié)議,是無法體現(xiàn)“平臺”特性的,然后支持大量協(xié)議,又會顯得臃腫,使用復(fù)雜。因此,采取“驅(qū)動庫”的方式,是一個兩全的辦法。而且驅(qū)動庫是不斷成長的,將會越來越豐富驅(qū)動庫也可以建設(shè)在云端,實際使用中,只需要從驅(qū)動庫選擇需要的驅(qū)動就可以了。 ●基于腳本編寫的智能處理 除了集成常用的智能化應(yīng)用。也可以提供腳本語言,使得用戶可以輕松的實現(xiàn)自定義智能處理。
6)降低成本 目前的成本構(gòu)成包括:設(shè)備采購、安裝部署、開發(fā)調(diào)試、運行維護等,通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及其數(shù)據(jù)云平臺的應(yīng)用,通過簡單易用的交互式人機對話機制,遠程調(diào)控機制,開放機制等將大大減少用戶的部署、調(diào)試、開發(fā)、維護等成本。 小結(jié) 旋思科技已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)能源管理中心這一行業(yè)中,進行多年嘗試,幫助系統(tǒng)集成商和企業(yè)用戶做出改變,取得了良好的效果?;谝延薪?jīng)驗,提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的一個基本要求,和六個重要特性。一個基本要求是指擔當ICT(Information Communication Technology信息通信平臺)平臺層;六個重要特性是指:遠程管理、安全互聯(lián)、智能應(yīng)用、穩(wěn)定可靠、簡單易用、降低成本。 隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高速發(fā)展必然使得設(shè)備互聯(lián)互通的需求卻越來越多,覆蓋面越來越廣,應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān),建立起統(tǒng)一的設(shè)備互聯(lián)互通平臺層,進而成為一個標準化的方案。

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旋思科技 SymLink XR2041 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)
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