用户中心

资讯 > 技术文章

从设备层解读工业物联网

来源:控制工程网2016.03.17阅读 1496

  最近,工业物联网IIoT)概念炒作的很厉害www.cechina.cn,好像它就是完全成熟的产品,马上可以投入使用一样。但是,如果近距离观察工业物联网,你就会发现:至少在我们刚刚过去的2015年中,大多数被标榜为IIoT的,既不是工业的,也不能被称之为是因特网的。
  常见的机器到机器(M2M)的通讯技术,已经使用了很多年了,但是现在不管其是否包含因特网协议,都被重新包装为IIoT。可以毫不夸张的说,这确实造成了一些困扰。

点击看原图

  关于IIoT的4个错误观念
  人们对于IIoT的常见错误认识包括:
  1.所有的过程控制功能将会转移到云端;
  2.任何现场设备,都可以和世界上任何地方的、任何其它现场设备进行通讯;
  3.将会产生庞大的新数据;
  4.未来的一切都是无线的。
  这些错误观念,起源于当下的大肆炒作。这些炒作着眼于使用工业物联网技术所能带来的好处,而不是着眼于理解物联技术本身。讨论“大数据”所带来的好处,要比单纯考虑数据堆栈要有意思的多。一旦基本概念搞清楚了,所带来的好处也就更容易理解了。与其讨论IIoT可以做什么,不如讨论IIoT是什么以及如何工作更有意义。以这种方式,可以很容易的剖开天花乱坠的宣传,看到事物的本质。
  关于IIoT的理解,ISA100和ISA108委员会的联合主席Herman Storey认为,首先并且最重要的是,IIoT提供了基础设施——使得更多的通讯和连接成为可能,并为之提供有力的支持。也许,这听起来并不那么令人兴奋,但并不能因此而低估IIoT出现的巨大意义。新网络速度更快,而且可以实现更复杂的连接。
  IIoT不是什么?
  IIoT的因特网部分就是利用IPv4或 IPv6来寻址,所以,如果通讯部分不使用因特网(IP)协议,那确实不能称之为IIoT。IIoT既不能创造数据,也不能改变传统工艺生产制造环境下配置仪表的方式。其实,使用传统技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,也可以获得大部分数据,只是由于各种原因,有些用户并不会采集这些数据。不管新的基础设施是否在某种程度上会使这些数据更引人注目,它都是可见的。
  利用IIoT,将会对控制系统和现场设备之间的通讯,也就是基本的输入/输出(I/O)功能,产生重要的影响。如果IIoT能够使设备层的通讯更容易,价格更便宜,那么用户将可能找到合适的机会,配置大规模的传感器(部分传感器可能采用无线通讯),不过仍然需要对现场仪表在安全和鲁棒性方面做出类似的评估。部署新仪表所需要的其它费用仍然会发生,比如将其增加到工厂数据库中、将其将添加到控制室人机界面(HMI)以及工艺单元的管道和仪表图(P&ID),等等。不要异想天开地认为消费领域的基于因特网的智能自动调温器会安装在化工厂的精炼车间内。
  关于IIoT的冷静思考
  ■ IIoT到底是什么?IIoT是用于连接智能设备、系统以及HMI的开放系统。它利用随着互联网以及蜂窝式移动电话技术的发展所带来的技术进步,提供更快、更开放、更具移动性、更友好的连接和通讯。它主要支持现有功能和用户接口,但是也将提供基础设施来支持新的功能和用户接口。
  ■ 它将会应用于工业控制系统领域的哪些方面?IIoT主要会影响工业控制系统的I/O子系统。多层架构利用分区和管线(按照IEC62443中所规定的)将功能隔离;在IIoT中,这种设计同样也是必须的,因此予以保留。然而,在这种结构底层的数据通讯中所获得的改进,可以带来明显的好处。
  ■ 每个设备都有自己的IP地址吗?商业物联网承诺,每个设备都有自己的IP地址。例如www.cechina.cn,从世界上任何地方,你都可以使用你的智能烤箱。但是,在任何地方都可以连接过程工厂中的每个现场设备的想法并不合理。在任何情况下,如果一个设备确实需要与其它设备进行通讯,那它肯定已经发生了,并且在将来仍然会保持如此。
  ■ 那些“大数据”从何而来?IIoT自身并不能创造数据。但是,它比较擅长于将智能设备产生的数据,传递给历史数据库或云端数据库,IIoT的亮点之一就是能够帮助在基于云的应用之间传输大数据,这些应用可以对这些数据进行分析,并将其转换为更有用的数据信息。这种方法在日常运营方面的实用性仍然有待验证,可能会随着时间的推进而发生变化。
  ■ 哪些将会和现在的一样,保持不变?虽然转向应用IIoT是大势所趋,但是工厂运营过程的本质并不会因此而发生变化。所有现存的控制系统功能,都将会继续发挥其作用,只是增加了新的基础设施而已。利用现有的应用,现有功能仍然可以提供很好的服务。我们仍然需要测量和控制流量、液位、压力和温度,仍然需要使用现有用户接口,来执行组态或对这些功能进行故障诊断。如果没有现场控制系统,运营炼油厂或化工厂所必须的那种安全、高效的实时控制,基本上不可能实现,所以这类系统的运行并不会转移到云端。


■ IIoT通讯栈非常复杂,由于使用这些IIoT通讯的设备、应用案例、以及通讯介质(有线、无线)等数量众多、这就造成了可供实施的方案数量巨大。将这些设备连接起来以及增加互联网设备的粘合剂是IPv6/6LoWPAN通用网络层。很多复杂性,源于组织的多样性,这些组织控制图中包含的元素以及彼此覆盖之间的间隙。由于IIoT逐步接近真正的实施,这些间隙必须由新的标准来规定。很多组织结构彼此合作,类似的研究工作已经开始了很长时间了。

  IIoT带来的新变化
  ■ 物理媒介。信息的寻址或路由、同步和调度、网络安全、移动性、功能的位置等都会受到影响。在物理(PHY/ MAC)通讯堆栈层,我们的工业设施中充满着电子管时代的构想,这些旧时代的通讯产物非常慢,而且经常紧紧的绑定在某个应用层,并且没有任何的安全措施,也没有能力来路由、切换或者是共享介质。应对其进行升级换代。
  ■ 因特网协议。IIoT使用因特网(IPv4或IPv6)协议,来提供可路由和交换的信息。IIoT可以利用任何物理层,以满足装置的需求,利用简单的桥接或路由器来替代或转换介质。某些新的介质(如通过双绞线供电的DSL),用于现场网络,可以比某些过时的网络提供更快的传输速率,但是这些使用最新技术的网络需要和无线网(IEEE 802.11 和 802.15.4)、有线网 (IEEE 802.3)以及光纤混合使用。没有任何一种单一介质,可以满足所有的安装需求。很多老的协议经过转换,已经适合运行IP和最新介质。这一趋势还会不断发展、扩大。
  ■ 信息的同步和调度。在互联网工程任务组(IETF)和IEEE的共同努力之下,该功能正在逐步获得提升,被称之为确定性网络(DetNet)。根据IEEE1588,时间同步的精度被提升到亚微秒级的水平。该功能与专用缓冲、信息发送一起,为高速控制应用带来了巨大的进步。该成果可用于有线和无线应用。AVnu可以为DetNet提供互操作性和测试功能。
  ■ 网络安全。这些全新的技术,将会改变现场网络的攻击面,因此需要不同的防御策略。无论是设备还是用户,在使用网络和应用时,都需要进行认证。需要对网络进行管理,用户友好的网络管理工具可能会帮助或者破坏网络安全。ISA100.20为常用的网络管理提供了模型、术语和最终的适用标准。
  ■ 移动性。现有移动设备的性能需要提升。事实上,现在唯一真正的移动设备是我们的移动电话。用户和设备需要更好的移动性支持和持续的连接。实际上,在ISA100.20中规定的所有5个移动性等级,都应该在工业网络中获得支持。
  在过去,接触一个设备的唯一途径是靠近设备并触摸它。这种模式已经运行了很多年了,对于网络安全,是一种实际可行的替代方式www.cechina.cn,但是它已经不能满足当今的需求了。数据需要传送给工程师,也需要从工程师处获得指令,而不是工程师去获取指令和发送指令。
  为了性能方面的考虑,某些功能www.cechina.cn,比如控制和历史数据收集,需要尽可能的靠近I/O基础设施。但是,运行人员和工程组态功能,通常可以远程实现。维护支持需要远程和就地功能。无论是就地还是远程,都需要移动性。并不是所有的功能都会转移到基于云的客户端。有些功能会转移,但是仍有一些不确定性,比如转移所带来的好处,是否能够抵消转移所造成的复杂性。对于基于云的功能所做的试验,有成功的,也有失败的。最重要的区别是远程访问功能和基于云的访问功能是不同的概念。远程访问功能是必须的,但是基于云的访问则是可选的。IIoT使两者都成为可能。
  实施IIoT的主要障碍
  毫无疑问,IIoT是开创性的技术,但是,尽管现在宣传的天花乱坠,用户和供应商对物联网的接受仍是一个缓慢的过程,原因有6点:
  1.需要大规模的安装设备和主机系统等基础设施;
  2.供应商产品迁移事项;
  3.开放性有可能侵蚀供应商的利润空间;
  4.用户的成本和复杂性;
  5.供应商和用户需要新的支持技术;
  6.习惯的力量,以及其它各种技术因素。
  IIoT并不会对I/O子系统的安装成本产生巨大的影响,所以在销售时,不能将省钱作为卖点来替代传统方法。它还可能会对这些系统供应商的利润产生一定的负面影响。传统I/O机架和接线柜的消失,对于供应商和系统集成商来讲,是一个损失。但是,如果他们想满足客户的需求,那就仍然需要创造利润。寻求新的利润源的努力,将会加剧主机系统供应商和设备供应商之间的地盘争夺战。预防服务可以填补空白,但是所有的供应商必须想办法,避免互操作可能发生的问题。
  在未来几十年内,IIoT系统和设备必须支持老的网络系统。历史已经表明,工业安装的基础设施,不会变化的太快。在工厂内,数字化永远不会完全替代模拟式,而且在可以预见的将来,也没有任何类似的迹象。迁移需要花费成本,需要用户、工程公司、系统集成商和供应商具备新的技术能力。IIoT与生俱来的复杂性,可以通过精心的设计和供应商之间的合作来避免,但是经验告诉我们,初次投入市场的产品往往并不成熟。这种变革的早期阶段,也许不适合于胆小者。(作者:Herman Storey)


版权声明:版权归控制工程网所有,转载请注明出处!

频道推荐

关于我们

控制工程网 & CONTROL ENGINEERING China 全球工业控制、自动化和仪器仪表领域的先锋媒体

CE全球

联系我们

商务及广告合作
任小姐(北京)                 夏小姐(上海)
电话:010-82053688      电话:18616877918
rendongxue@cechina.cn      xiashuxian@cechina.cn
新闻投稿:王小姐

关注我们的微信

关于我们 | 网站地图 | 联系我们
© 2003-2020    经营许可编号:京ICP证120335号
公安机关备案号:110102002318  服务热线:010-82053688