既有的工控系統(tǒng)如何向物聯(lián)網(wǎng)化演進(jìn)？

　　摘要：首先介紹了傳統(tǒng)工控系統(tǒng)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(tǒng)為例，探討了工業(yè)用物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的特點。

　　關(guān)鍵詞：工控;物聯(lián)網(wǎng);操作系統(tǒng)

　　從傳統(tǒng)工控到物聯(lián)網(wǎng)化

　　目前，工業(yè)控制系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的復(fù)雜無序的控制系統(tǒng)，向簡化、整潔、開放的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)演變。圖1是?？松梨诠镜膫鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)和新的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，圖2和圖3是放大的局部圖。由圖2和圖3可見，二者的區(qū)別是：過去各個OT(操作技術(shù))和IT(信息技術(shù))設(shè)備是分立的(圖2)，而現(xiàn)在控制端在云端(如圖3)。圖1~圖3中，黃色框是運營/操作功能(OT)，藍(lán)色框是典型的IT功能，包括監(jiān)控體系、資產(chǎn)體系等。

　　圖1 傳統(tǒng)工控系統(tǒng)的漸進(jìn)式演變

圖2 傳統(tǒng)架構(gòu)的歷史演進(jìn)(圖1的左半部分)

圖3 新的開放系統(tǒng)架構(gòu)(圖1的右半部分)

　　圖2黃色產(chǎn)品塊來自GE、西門子、施耐德等公司的產(chǎn)品?，F(xiàn)在的任務(wù)是把這些實體的小盒子變成虛擬的，放到云端上，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的簡化。例如，過去沒有虛擬化，需要增加一類功能就要增加一臺服務(wù)器，缺點是過去一臺服務(wù)器也許不能用滿，會造成服務(wù)器資源的浪費。現(xiàn)在(如圖3)同一個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年時間。時間長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如圖1的黃色小塊的功能，為了實現(xiàn)投資回報，不可能把以前的設(shè)備全部推倒重來。另外，新技術(shù)的應(yīng)用也需要時間，例如核電廠的測試需要花費時間。再有不同行業(yè)對科技的應(yīng)用速度也有快有慢。

　　云與邊緣

　　云是無處不在的。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(cè)是云，右側(cè)是邊緣(Edge)，中間是二者的接入。實際上，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)解決方案部門高級總監(jiān)Ricky Watts來京，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(jié)省時間，計算盡可能放在離邊緣/設(shè)備近的地方。例如機器人要執(zhí)行一項任務(wù)：擰一個螺釘。如果把控制功能放在云上，再從云到設(shè)備、再返回到云，耗時較長。其次是監(jiān)管的需要，例如中國的工廠，諸如核電廠，把數(shù)據(jù)放到美國的云上，是不太合理、合法的。再有是邊緣會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計，在邊緣生成的數(shù)據(jù)99%被扔掉了，因為數(shù)據(jù)量太大，不能送到云端上，例如一些電機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量會達(dá)到TB級的數(shù)據(jù)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(jù)悉，?？松梨诠?021年將部署風(fēng)河Titanium Control系統(tǒng)，2024年將正式運行。

　　實際上，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(shè)備。

　　可見，Titamiun Control是基于Titamiun Cloud的整個生態(tài)系統(tǒng)而產(chǎn)生的，特點是高可靠性和低延遲性。另外，工業(yè)市場需要有針對性的產(chǎn)品，例如水、電、氣等系統(tǒng)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的亮點是安全

　　Titamiun Control軟件包括三部分。

　　*開源軟件。Titamiun Control軟件有三層集成系統(tǒng)，這對工業(yè)客戶十分重要，例如二三年后可能更換硬件平臺，又不會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。同時在安全方面，增加安全性能時不會對整個系統(tǒng)造成干擾。

　　*實時性。在物聯(lián)網(wǎng)邊緣希望始終實現(xiàn)實時的要求。

　　*安全。傳統(tǒng)工控系統(tǒng)中有一整套特有的方式來保證安全。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機，需要密碼認(rèn)證。2.自下而上，有受信平臺模型(TPM)。如果一個軟件沒有解密密碼，軟件就無法安裝到平臺上。3.穿越整個系統(tǒng)。Titamiun Control有ITA(集成測量架構(gòu))，在系統(tǒng)運行過程中，如果有人想登陸或改變數(shù)據(jù)，軟件會模擬并自動關(guān)閉系統(tǒng)。

　　應(yīng)用案例：水處理系統(tǒng)

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

　　圖4是水處理使用模型。無論是地下取水或回收水等，都要確保系統(tǒng)安全。在水處理過程中需要用到水泵和檢測器等，需要用到模擬器(simulator)，把運轉(zhuǎn)過程放到模擬器上去模擬運轉(zhuǎn)(圖5中)，即把它放到Titanium Control上。為何這么做?因為Titanium Contro平臺能盡可能接近工廠中的實際情況。如果在模型器中運轉(zhuǎn)良好，就會復(fù)制到真實的工廠中(見圖5藍(lán)色箭頭)。綠色箭頭是把模型復(fù)制到真實工廠之后，會衡量結(jié)果，同時和模擬器中的結(jié)果對比。

　　圖5 水處理使用模型

　　現(xiàn)在模型系統(tǒng)和操作系統(tǒng)是分開的。但是隨著技術(shù)可用性更高，可以把模型系統(tǒng)和實際操作系統(tǒng)放到同一平臺上。

　　目前此過程還是手動/人為過程，需要很多人參與，最終將實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動化，無需耗費人力。盡管這是未來的目標(biāo)，但相信會很快實現(xiàn)。

　　小結(jié)

　　對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)(圖3)，傳統(tǒng)工控系統(tǒng)(圖2)不可能像新興企業(yè)一樣一步到位。這時對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的需求特點是：開放性強，可擴(kuò)展性強，安全可靠性高。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]周萬木.制造業(yè)在轉(zhuǎn)型：進(jìn)入一個全新的數(shù)字世界.電子產(chǎn)品世界,2017(11):6-14

　　[2]王瑩,王金旺.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)浪潮下的嵌入式系統(tǒng). 電子產(chǎn)品世界,2017(11):20-22

　　[3]迎九.NB-IoT有望應(yīng)用于水表和氣表行業(yè).電子產(chǎn)品世界,2017(11):23-25

　　[4]李龍.新工業(yè)時代下中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.電子產(chǎn)品世界,2016(2-3):9-12

　　[5]Karimi K.從自動化到物聯(lián)網(wǎng).電子產(chǎn)品世界,2015(2-3):24-26