基于工业物联网技术的设备互联互通标准化方案

发布日期：2021/11/21来源：网络

一、工业自动化行业面临的挑战
　　中国的工业自动化经历了十几年的迅猛发展，中国本土、美国、欧洲等各种国内外的技术、产品被部署到了国内的工业自动化现场。
　　我们可以看到，现实存在的情况是：

　　那么，企业又是如何应对这一现实情况的呢？总结一下，大致是两种应对措施：
　　●分而治之——找不同的供应商搞定不同的设备互联。
　　比如某家PLC要接入，就去找这个品牌的厂商或代理商。对于系统集成商也是如此。例如某大型系统集成商，每年承揽10个项目，为每个项目定制了10种设备接入方案，一年下来就是10*10=100种方案要定制处理。
　　由此带来的问题：实现方式各不相同，难以管理和维护，并且无法实现资源共享。比如设备提供了一个通讯端口，去年企业实施能源管理系统，实施了数据采集。今年环保局需要这个设备的一些数据，而且要求必须是设备一手实时数据，这个时候我们发现设备已经没有端口可供我们实施了。
　　●多人协作——采购多种设备共同协作，以完成设备互联。
　　例如用工业控制计算机＋工业软件＋串口服务器＋网络交换机＋GPRS模块＋各种防护设施等等。由此带来的问题：除了多种设备带来的高成本之外，调试、维护困难，对人员要求高是更大的问题，各设备之间错综复杂，导致系统脆弱。
　　我们曾经走访过一家企业，是做微电网的。自控主管抱怨说，有家集成商，问题总搞不定，前前后后出差来了无数趟，每次都是前脚刚走，没两天又出问题了。后来对方的合同尾款也不要了，问题也不管了。搞得大家都很受伤。我们到现场打开控制柜一看，在通信这块，用了工控机、板卡、串口服务器、转换器、工业组态软件等等，通信流特别复杂加上服务人员可能水平又不够高，总出问题也就不足为奇了。
　　也就是说，企业也意识到当前的状况有多么糟糕。但是自动化与信息化两化融合工作又日益迫切，设备互联互通的工作正在更大规模的展开，风险也就越来越大。大家之所以还在忍受现状的煎熬，是因为似乎没有更好的办法。
　　但是，真的没有更好的办法了吗？
二、改变，从工业物联网技术寻求答案
　　大家都知道，要实现物联网，首先要实现传感网络和互联网的融合。如何将多种仪表、多制式传感器和控制器接入移动网络和互联网络是实现物联网的关键。同时面对大范围的接入，必须是一种标准、可用、易用、易维护的方案。这其实也正好回答了前面提到，如何解决企业当前面临的困局。即客观上需要有一种融合的物联网网关。

三、工业物联网网关技术探讨
　　在解决设备设备互联问题的困扰上，我们认为，破局的关键是—平台化。
　　我们可以看到，传统的两化融合，普遍认可的结构是经典的三层结构，即PCS（Process Control Sysmtem过程自动化系统）-MES（Manufactory Execution Sysmtem制造执行系统）-ERP（Enterprise Resource Planning企业资源计划系统）。
　　对于层与层之间如何对接基本没有标准可循。因此在项目实施中都是八仙过海各显神通。在MES和ERP层之间，相对还算好处理，因为都是信息化的范畴里。而PCS和MES层之间，复杂性就更大了，因为PCS层的设备多样性的关系。也就出现了上面所谈到的现状。
　　如果在PCS和MES之间，增加一个子层—ICT（Information Communication Technology信息通信平台层），作为标准平台，将会是这样的状况：

　　这个平台层就是以工业物联网网关为核心构建的。如此一来，设备互联互通的标准化将成为可能。对于工业物联网关担当起这一重要角色，她需要具备以下一些优势特点：
　　1）远程管理
　　工业物联网关是工业级无人值守型设备，可以由安装工人，而不是高级工程师进行现场安装。然后，工程师可以在办公室内，对所有的现场网关进行远程管理、调试。从而实现设备接入和维护。现场如果出现通信问题，首先要做的，也是远程诊断，和尽可能远程解决。这样，现场出差的次数大大减少了，设备维护的周期和成本也大大降低。
　　2）安全互联
　　传统模式下企业面临的问题，除了前面提到的便捷性、稳定性和性价比问题外。还有一个巨大的风险：安全性。这里指的安全性，涵盖两个方面：
　　控制网络安全
　　当我们把控制网络与信息网络直接连接，以采集生产数据的同时，来自于信息网络的不安全因素，例如黑客、病毒等威胁随之而来。骇人听闻的震网病毒，正是借由工厂信息网，入侵到控制网络，导致了伊朗核电站的物理损毁。
　　数据安全
　　目前大家的生产数据传送，大都采用ModbusTCP等工业标准，用明文方式传送，中间传输过程非常容易被截取。从而把控制服务器的IP地址，敏感生产数据（部分数据属于商业机密）暴露出来。
　　工业物联网关采用白名单、物理隔离、数据加密等技术，可以很好的解决上述两个问题。
　　3）智能应用
　　关于这一点，可以举一个案例来做说明。
　　有一家做EMC（合同能源管理）的企业，从事酒店热水节能改造业务。即通过给连锁酒店的热水锅炉进行节能改造（太阳能、天然气、地源热泵、电加热四联供的组合），以实现节能。业务开展的不错，但做到一定规模时问题出现了。一是来回巡检的维护人员需求太大，二是故障不能及时处理导致客户投诉，因此该公司寻求自动化企业的解决方案。
　　基本方案都是：在每个酒店部署一套自控系统，由PLC、串口联网服务器、上位机算机、上位控制软件、远程通信模块等组成。而且酒店要求有人值守。
　　这样的成本，是该EMC企业无法承受的。而我们应用物联网技术，就很好解决了：
　　每个酒店只需要部署一台工业物联网关，就能实现现场的所有需求，并且无人值守。同时，在网关中还部署了一些设备模型和智能算法，例如预警逻辑。通过网关的3G端口，将数据统一推送到该项目的私有云，最终维护人员通过手机端即可实现远程管理。

　　这个是智能应用例子的典型诉求是能够整合多种设备的功能于一身，从而帮助客户降低成本，简化管理。
　　4）稳定可靠
　　工业物联网关承担的功能，相当于网络中的神经元节点。所有的数据都依赖于这个节点，所以要求高稳定性。
　　从设备角度来说，要求采用工业级设备，宽温、抗电磁干扰能力强。
　　从网络角度来说，要求能够适用多种链路、复杂路径。能够在多种链路之间切换、互为备份。
　　从系统角度来说，要求能够实现断线缓存等功能。
　　5）简单易用
　　作为产品级的解决方案，简单易用是必须的。无论是SI的实施、维护工程师，还是业主的设备口、信息口管理人员，通过简单的培训或自学，就应该能掌握产品的基本使用。
　　物联网智能网关以下措施来提升简便性：
　　●采用完全可视化的拓扑结构图－－配置过程用图表、向导等进行，界面友好、容易上手；
　　●用驱动库的方式解决设备协议多样化问题－－设备使用到的通信协议种类众多。例如Modbus、IEC104、DNP、BACnet等等，大大小小至少几千种。网关如果只支持单一协议，是无法体现“平台”特性的，然后支持大量协议，又会显得臃肿，使用复杂。因此，采取“驱动库”的方式，是一个两全的办法。而且驱动库是不断成长的，将会越来越丰富驱动库也可以建设在云端，实际使用中，只需要从驱动库选择需要的驱动就可以了。
　　●基于脚本编写的智能处理－－除了集成常用的智能化应用。也可以提供脚本语言，使得用户可以轻松的实现自定义智能处理。

　　6）降低成本
　　目前的成本构成包括：设备采购、安装部署、开发调试、运行维护等，通过物联网网关及其数据云平台的应用，通过简单易用的交互式人机对话机制，远程调控机制，开放机制等将大大减少用户的部署、调试、开发、维护等成本。
小结
　　旋思科技已经在工业企业能源管理中心这一行业中，进行多年尝试，帮助系统集成商和企业用户做出改变，取得了良好的效果。基于已有经验，提出工业物联网网关产品的一个基本要求，和六个重要特性。一个基本要求是指担当ICT（Information Communication Technology信息通信平台）平台层；六个重要特性是指：远程管理、安全互联、智能应用、稳定可靠、简单易用、降低成本。
　　随着物联网行业的高速发展必然使得设备互联互通的需求却越来越多，覆盖面越来越广，应用工业物联网技术，基于工业物联网网关，建立起统一的设备互联互通平台层，进而成为一个标准化的方案。

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