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。