既有的工控系統如何向物聯(lián)網(wǎng)化演進(jìn)？

　　摘要：首先介紹了傳統工控系統的漸進(jìn)式發(fā)展思路，以及物聯(lián)網(wǎng)的革命式(一步到位)發(fā)展思路。并探討了邊緣計算的重要性。并以風(fēng)河公司的Titamiun Control物聯(lián)網(wǎng)操作系統為例，探討了工業(yè)用物聯(lián)網(wǎng)操作系統的特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：工控;物聯(lián)網(wǎng);操作系統

　　從傳統工控到物聯(lián)網(wǎng)化

　　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。圖1是?？松梨诠镜膫鹘y控制系統和新的物聯(lián)網(wǎng)控制系統的架構，圖2和圖3是放大的局部圖。由圖2和圖3可見(jiàn)，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(圖2)，而現在控制端在云端(如圖3)。圖1~圖3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 傳統工控系統的漸進(jìn)式演變

圖2 傳統架構的歷史演進(jìn)(圖1的左半部分)

圖3 新的開(kāi)放系統架構(圖1的右半部分)

　　圖2黃色產(chǎn)品塊來(lái)自GE、西門(mén)子、施耐德等公司的產(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，需要增加一類(lèi)功能就要增加一臺服務(wù)器，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(如圖3)同一個(gè)大盒子按照資源量進(jìn)行虛擬功能分塊，可把資源集中在一臺服務(wù)器上。

　　從圖2到圖3的演變可能需要5~10年時(shí)間。時(shí)間長(cháng)短主要取決于各企業(yè)的商業(yè)模式，例如有的公司剛購置了一個(gè)如圖1的黃色小塊的功能，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)對科技的應用速度也有快有慢。

　　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)，例如手機和電腦都用到了云服務(wù)。著(zhù)名的云服務(wù)提供商有美國的微軟Azure、亞馬遜AWS等，中國有BAT(百度阿里騰訊)等。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)從云到邊緣的框架

　　圖4左側是云，右側是邊緣(Edge)，中間是二者的接入。實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)計算覆蓋了云和邊緣，因此均需要保證安全。

　　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3中的紅色框)及風(fēng)河2017年的新產(chǎn)品——Titamiun Control。

　　眾所周知，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，計算盡可能放在離邊緣/設備近的地方。例如機器人要執行一項任務(wù)：擰一個(gè)螺釘。如果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，例如中國的工廠(chǎng)，諸如核電廠(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。據悉，?？松梨诠?021年將部署風(fēng)河Titanium Control系統，2024年將正式運行。

　　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，相比Titamiun Cloud，Titamiun Control增加了安全性。

　　Titamiun Control的亮點(diǎn)是安全

　　Titamiun Control軟件包括三部分。

　　*開(kāi)源軟件。Titamiun Control軟件有三層集成系統，這對工業(yè)客戶(hù)十分重要，例如二三年后可能更換硬件平臺，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。

　　*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。

　　*安全。傳統工控系統中有一整套特有的方式來(lái)保證安全。如果做成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案，Titamiun Control有三種方法確保安全。1.自上而下的經(jīng)典安全模型，原理像筆記本電腦的開(kāi)機，需要密碼認證。2.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。3.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4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。

　　小結

　　對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(圖3)，傳統工控系統(圖2)不可能像新興企業(yè)一樣一步到位。這時(shí)對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統的需求特點(diǎn)是：開(kāi)放性強，可擴展性強，安全可靠性高。

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