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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)，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(jī)＋工業(yè)軟件＋串口服務(wù)器＋網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)＋GPRS模塊＋各種防護(hù)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(hù)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(jī)、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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)、可用、易用、易維護(hù)的方案。這其實也正好回答了前面提到，如何解決企業(yè)當(dāng)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(rèn)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化將成為可能。對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)擔(dān)當(dāng)起這一重要角色，她需要具備以下一些優(yōu)勢特點：
1） 遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)程管理、調(diào)試。從而實現(xiàn)設(shè)備接入和維護(hù)?，F(xiàn)場如果出現(xiàn)通信問題，首先要做的，也是遠(yuǎn)程診斷，和盡可能遠(yuǎn)程解決。這樣，現(xiàn)場出差的次數(shù)大大減少了，設(shè)備維護(hù)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)，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?jǐn)?shù)據(jù)屬于商業(yè)機(jī)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(jìn)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(hù)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(jī)算機(jī)、上位控制軟件、遠(yuǎn)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(hù)人員通過手機(jī)端即可實現(xiàn)遠(yuǎn)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
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(qiáng)。
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(hù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖－－配置過程用圖表、向?qū)У冗M(jìn)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(yùn)行維護(hù)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(jī)對話機(jī)制，遠(yuǎn)程調(diào)控機(jī)制，開放機(jī)制等將大大減少用戶的部署、調(diào)試、開發(fā)、維護(hù)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(jìn)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。基于已有經(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(dān)當(dāng)ICT（Information Communication Technology信息通信平臺）平臺層；六個重要特性是指：遠(yuǎn)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(jìn)而成為一個標(biāo)準(zhǔn)化的方案。