既有的工控系統如何向物聯(lián)網(wǎng)化演進(jìn)？

　　目前，工業(yè)控制系統正從傳統的復雜無(wú)序的控制系統，向簡(jiǎn)化、整潔、開(kāi)放的物聯(lián)網(wǎng)控制系統演變(如圖1)。二者的區別是：過(guò)去各個(gè)OT(操作技術(shù))和IT(信息技術(shù))設備是分立的，而現在控制端在云端(如圖1右側)。圖1中，黃色框是運營(yíng)/操作功能(OT)，藍色框是典型的IT功能，包括監控體系、資產(chǎn)體系等。

　　圖1 傳統控制系統向物聯(lián)網(wǎng)控制系統演進(jìn)

　　圖1左側黃色產(chǎn)品塊來(lái)自GE、西門(mén)子、施耐德等公司產(chǎn)品?，F在的任務(wù)是把這些實(shí)體的小盒子變成虛擬的，放到云端上，從而實(shí)現系統的簡(jiǎn)化。例如，過(guò)去沒(méi)有虛擬化，需要增加一個(gè)功能就要增加一臺服務(wù)器，其缺點(diǎn)是過(guò)去一臺服務(wù)器也許不能用滿(mǎn)，會(huì )造成服務(wù)器資源的浪費?，F在同一個(gè)大盒子按照資源量進(jìn)行虛擬功能分塊，可把資源集成在一臺服務(wù)器上。

　　從左到右的演變可能需要5~10年時(shí)間。時(shí)間長(cháng)短主要取決于商業(yè)模式的問(wèn)題，例如有的公司剛購置了一個(gè)黃色小塊的功能，為了實(shí)現投資回報，不可能把以前的設備全部推倒重來(lái)。另外，新技術(shù)的應用也需要時(shí)間，例如核電廠(chǎng)的測試需要花費時(shí)間。再有不同行業(yè)的科技應用速度有快有慢。

　　云與邊緣

　　云是無(wú)處不在的。我們身邊的產(chǎn)品就有云服務(wù)，例如手機和電腦用到了云服務(wù)。云服務(wù)提供商有美國的微軟Azure、亞馬遜AWS等公司，中國有BAT(百度阿里騰訊)等。

　　圖2 物聯(lián)網(wǎng)從云到邊緣的框架

　　圖2左側是云，右側是邊緣(Edge)，中間是二者之間的轉變。物聯(lián)網(wǎng)計算覆蓋云和邊緣。

　　Titamiun Control定位工控/邊緣

　　近日，風(fēng)河公司行業(yè)解決方案部門(mén)高級總監Ricky Watts先生來(lái)京，向電子產(chǎn)品世界的記者介紹了用于邊緣的虛擬化平臺(圖2中的紅色框)及風(fēng)河2017年的新產(chǎn)品——Titamiun Control。

　　邊緣有Fog(霧)和Mist(薄霧)。那么為何有了云，還要有邊緣?首先為了節省時(shí)間，一些計算/盡可能放在離設備近的地方。例如機器人要執行任務(wù)：擰一個(gè)螺釘，把控制功能放在云上，再從云到設備再返回到云，耗時(shí)較長(cháng)。其次是監管的需要，例如中國開(kāi)個(gè)工廠(chǎng)，例如核電廠(chǎng)，把數據放到美國的云上，是不太合理、合法的。再有就是邊緣會(huì )產(chǎn)生海量的數據。據統計，在邊緣生成的數據99%被扔掉了，因為數據量太大，不能送到云端上，例如一些電機產(chǎn)生的數據量會(huì )達到TB級別的數據量。

　　但是這些控制端也需要安全和高效。為此，風(fēng)河推出了Titamiun Control產(chǎn)品。實(shí)際上，風(fēng)河Titanium家族有三款產(chǎn)品：Titamiun Cloud, Titamiun Edge和Titamiun Control。前兩款基于通信/電信，后者定位工控等邊緣設備。

　　可見(jiàn)，Titamiun Control是基于Titamiun Cloud的整個(gè)生態(tài)系統而產(chǎn)生的，特點(diǎn)是高可靠性和低延遲性。另外，工業(yè)市場(chǎng)需要有針對性的產(chǎn)品，例如水電氣等系統對安全性和可靠性要高，為此，Titamiun Control比Titamiun Cloud的安全性更強。

　　Titamiun Control的特點(diǎn)是安全

　　Titamiun Control軟件包括三部分。

　　*開(kāi)源軟件。計算節點(diǎn)的應用和服務(wù)從Windows展開(kāi)。之前是在Windows上運行，現在可以讓系統快速高效地轉到Titamiun Control平臺上。無(wú)論是PLC還是SCADA(監控和數據采集)等其他服務(wù)，可以毫不費力地轉到Titamiun Control上。(如圖3上側)。這樣可以縱向在云平臺上集成。

　　圖3 Titamiun Control工業(yè)云平臺

　　Titamiun Control軟件有三層集成系統，這對工業(yè)客戶(hù)十分重要，例如二三年后可替換硬件平臺，又不會(huì )對網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生影響。同時(shí)在安全方面，增加安全性能時(shí)不會(huì )對整個(gè)系統造成干擾?？傊?，Titamiun Control的宗旨是提供與之前一樣好甚至更好的性能。

　　*實(shí)時(shí)性。在物聯(lián)網(wǎng)邊緣希望始終實(shí)現實(shí)時(shí)的要求。風(fēng)河一直致力于把Titamiun Control開(kāi)發(fā)成實(shí)時(shí)系統。

　　*安全。在安全方面有些特別的功能。眾所周知，傳統系統中有套特有的方式保證安全，而Titamiun Control有三種方法確保安全(如圖4)。一種是自上而下的經(jīng)典安全模型，例如像筆記本電腦的開(kāi)機，需要密碼認證。

　　第二種差異化的方式是自下而上，有受信平臺模型(TPM)。如果一個(gè)軟件沒(méi)有解密密碼，軟件就無(wú)法安裝到平臺上。所以圖4下側藍框部分如果沒(méi)有密碼就無(wú)法安裝。

　　圖4 三種保證安全的方式

　　第三種是穿越整個(gè)系統。Titamiun Control有ITA(集成測量架構)，在系統運行過(guò)程中，如果有人想登陸或改變數據，軟件會(huì )模擬并自動(dòng)關(guān)閉系統。

　　應用案例：水處理系統

　　Titamiun Control的系統平臺可用于公用事業(yè)，諸如水處理和發(fā)電等，特點(diǎn)是高安全性。

　　圖5是水處理使用模型。無(wú)論是地下取水或回收水等，都要確保系統安全。在水處理過(guò)程中需要用到水泵和檢測器等，需要用到模擬器(simulator)，把運轉過(guò)程放到模擬器上去模擬運轉(圖5中)，即把它放到Titanium Control上。為何這么做?因為T(mén)itanium Contro平臺能盡可能接近工廠(chǎng)中的實(shí)際情況。如果在模型器中運轉良好，就會(huì )復制到真實(shí)的工廠(chǎng)中(見(jiàn)圖5藍色箭頭)。綠色箭頭是把模型復制到真實(shí)工廠(chǎng)之后，會(huì )衡量結果，同時(shí)和模擬器中的結果對比。

　　圖5 水處理使用模型

　　現在模型系統和操作系統是分開(kāi)的。但是隨著(zhù)技術(shù)可用性更高，可以把模型系統和實(shí)際操作系統放到同一平臺上。

　　目前此過(guò)程還是手動(dòng)/人為過(guò)程，需要很多人參與，最終將實(shí)現系統的全自動(dòng)化，無(wú)需耗費人力。盡管這是未來(lái)的目標，但相信會(huì )很快實(shí)現。

　　通過(guò)此案例，可以看出Titanium Contro在物聯(lián)網(wǎng)中扮演中重要作用：把計算帶到邊緣。

　　小結

　　Titanium Control的特點(diǎn)如下：

　　*開(kāi)放性強。Titanium Control采用開(kāi)源軟件和開(kāi)放的API，所有開(kāi)發(fā)者都能在上面施展拳腳。

　　*擴展性強。從小電腦系統到大平臺和大系統都可以用。

　　*安全性高。

　　*立即就可購買(mǎi)，而且很多用戶(hù)正在使用。

　　*深厚的工業(yè)根基。風(fēng)河自成立以來(lái)，一直把軟件用到工業(yè)市場(chǎng)中，有悠久的歷史。