車間最突出的變化是機器對機器（M2M）通信向系統(tǒng)對系統(tǒng)通信的演變。雖然對硬件間的點對點通信來說，M2M通信仍然是實現(xiàn)自動化的重要手段，但當(dāng)數(shù)據(jù)需要從傳感器和設(shè)備向云端發(fā)送時，它就要讓位于系統(tǒng)對系統(tǒng)通信了。因此，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的子系統(tǒng)之間建立連接，會增加新的通信路徑和網(wǎng)絡(luò)平臺，帶來新的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)。

圖1：FA協(xié)議。

雖然公司管理層對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）及其高成本效益、不間斷運營的前景持樂觀態(tài)度，但系統(tǒng)集成師（SI）們卻要解決網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中跨平臺通信的現(xiàn)實問題。運營技術(shù)（OT）、信息技術(shù)（IT）和IIoT這三個不同領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當(dāng)中混亂的協(xié)議，使SI們傷透腦筋。每個領(lǐng)域都有自己的一套協(xié)議，彼此之間互為孤島，不可互通，這使需要獲得有用數(shù)據(jù)做出重要企業(yè)決策的人員無法得到這些數(shù)據(jù)，也使系統(tǒng)集成師們束手無策。而且，OT和IT部門互不熟悉對方領(lǐng)域所用協(xié)議，這使事情變得更加復(fù)雜。隨著IIoT進入自動化領(lǐng)域，OT和IT正在趨同，因此這一趨勢必須迅速扭轉(zhuǎn)。不過，也有好消息。通過各種協(xié)議轉(zhuǎn)換，上述互操作性問題還是有解決之道的。本文將詳細(xì)研究SI在OT對OT、OT對IT和OT對IIoT互操作性方面所面臨的挑戰(zhàn)，以及可用于確保融合網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中不間斷連接的解決方案。

OT對OT互操作性

工廠內(nèi)的OT對OT通信已不像以前一樣簡單。這主要歸因于IIoT，它把巨量的傳感器和機器帶入了互聯(lián)網(wǎng)。據(jù)IHSMarket此前的一份報告，由于聯(lián)網(wǎng)IoT設(shè)備預(yù)計將在2017年增長15%，達到200億臺之巨，這些類型的通信將不會馬上變得簡單。這種連接的激增正在給車間帶來強力沖擊，以至于M2M通信已演化成為不同運營子系統(tǒng)間的通信，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與分析。然而，麻煩在于，諸如制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）以及車間內(nèi)的機器與傳感器等OT下的異構(gòu)系統(tǒng)都運行著各自的協(xié)議，因此，由來已久的互操作性問題又抬起了頭，這就需要大量的協(xié)議轉(zhuǎn)換。舉個例子，令暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)同步工作，就很好地詮釋了車間內(nèi)不同OT系統(tǒng)間的有效通信對車間運營帶來的好處。

圖2：OT對OT互操作性。

挑戰(zhàn)：協(xié)議大雜燴

運營流程的復(fù)雜化將越來越多的異構(gòu)系統(tǒng)擰在了一起。這意味著要面對越來越多的設(shè)備和協(xié)議，在安裝和設(shè)置時要把更多的時間花費在架構(gòu)規(guī)劃和設(shè)備試車上。對系統(tǒng)集成師來說，時間和成本就是一切，他們不愿意把大把的時間花在設(shè)備試車和配置上，也不愿意花在協(xié)議轉(zhuǎn)換上。然而，在使用通信模塊或小型PLC時，他們花時間在通信和排錯編程上卻并不罕見。因此，系統(tǒng)集成師需要一種簡化協(xié)議轉(zhuǎn)換的簡便方式，以便將有限的時間投入到其核心工作，比如編程上。

解決方案：越來越多的操作人員在利用工業(yè)協(xié)議網(wǎng)關(guān)完成設(shè)備的大量配置以及不同設(shè)備間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，以保持運營平穩(wěn)運行。例如，在配電室，將大量ModbusRTU電表橋接到ModbusTCP網(wǎng)絡(luò)，由于要進行從ID路由表配置，通常非常耗時。一個方便的解決方案是添加自動設(shè)備路由功能，自動檢測來自SCADA系統(tǒng)的命令并設(shè)置從ID路由表。

OT對IT互操作性

對于利用任何智能應(yīng)用的IIoT平臺，IT和OT專家之間的緊密合作必不可少。盡管OT和IT解決問題的方法有很大不同，但它們的目標(biāo)是一致的——都是為了追求生產(chǎn)的最優(yōu)。為了成功，兩個領(lǐng)域都需要訪問工業(yè)數(shù)據(jù)。IT部門負(fù)責(zé)企業(yè)資源規(guī)劃（ERP），有時還管MES，因此需要檢查這一數(shù)據(jù)，以便對大局有更清楚的認(rèn)識，然后對每個妨礙運營可靠性的問題制定解決方案。OT人員則更多地介入車間內(nèi)的物理操作，需要弄清如何使所有不同系統(tǒng)（大多具有專利技術(shù)）一起工作。另一方面，在工業(yè)4.0時代有一個積極的趨勢，即OT人員越來越認(rèn)識到了IT技術(shù)對其目標(biāo)達成的重要性和便利性。

圖3：OT對IT互操作性。

挑戰(zhàn)1：分歧大

為優(yōu)化生產(chǎn)，IT部門日益需要從車間收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。對IT人員來說，由于他們不了解經(jīng)工業(yè)協(xié)議收集數(shù)據(jù)的過程，這可不是個輕松的任務(wù)。同時，OT人員也面臨類似的困境——一旦他們將OT數(shù)據(jù)傳送到IT層，IT部門經(jīng)常向他們請求他們不熟悉的接口。這可能會挑起兩個領(lǐng)域?qū)涌诤蛥f(xié)議的權(quán)力斗爭。

解決方案：多協(xié)議集成設(shè)備會使系統(tǒng)集成師過得輕松得多。例如，不同接口的通信可以通過智能I/O實現(xiàn)，它支持不同的協(xié)議，諸如工業(yè)自動化（IA）工程師用的Modbus/TCP和EtherNet/IP，以及IT工程師用的SNMP和RESTfulAPI。這無疑是彌合OT和IT分歧的正確一步。這一解決方案使IT和IA工程師都能方便地檢索來自同一I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)。

挑戰(zhàn)2：保持領(lǐng)先的觀點

OT與IT區(qū)別究竟有多大？看看這一事實：OT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總被視作透明的，因此即使發(fā)生突發(fā)事件，也很難監(jiān)控它們。這增加了網(wǎng)絡(luò)操作員的挫折感，因為當(dāng)他們遇到停機時，故障檢修變得幾乎毫無意義。當(dāng)然，這種局面是不能接受的，因為為確保生產(chǎn)的連續(xù)性和預(yù)防異常狀況，網(wǎng)絡(luò)操作員的態(tài)勢感知非常重要。確?？刂剖覂?nèi)所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)持續(xù)可見具有最高優(yōu)先級。

解決方案：對采用OT協(xié)議的生產(chǎn)線來說，借助支持Profinet、ModbusTCP和EtherNet/IP協(xié)議的以太網(wǎng)交換機，工程師可以在SCADA系統(tǒng)的中心站點或在本地HMI前同時查看數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。如果一個工業(yè)協(xié)議出了問題，交換機會進行報告，PLC發(fā)出報警，以便使情況立即得到解決。利用IT的專長和經(jīng)驗，可以加快故障排除，減少系統(tǒng)停機時間，并提高態(tài)勢感知能力。

圖4：OT對IIoT互操作性。

OT對IIoT互操作性

在董事會上，公司管理層期望用數(shù)據(jù)挖掘和分析帶來減少運營成本、優(yōu)化生產(chǎn)和通過預(yù)測性維護盡可能降低停機時間的紅利。正如人們所料，這種數(shù)據(jù)需要從現(xiàn)場收集，而將其從現(xiàn)場設(shè)備傳輸?shù)皆贫顺闪薕T工程師的工作。對OT工程師而言，這種額外的工作多少超出了其舒適范圍，因為他們更愿意專注于能給其專業(yè)領(lǐng)域加分的編程而非通信任務(wù)。

挑戰(zhàn)：需要速度

OT工程師IT知識不足無疑是其致命弱點。照現(xiàn)狀看，從邊緣設(shè)備向云發(fā)送數(shù)據(jù)本來就耗時，而OT工程師不了解IT技術(shù)又使這一過程變得更糟。在邁向IIoT連接的競爭中，他們最大的挑戰(zhàn)是減少現(xiàn)場邊緣設(shè)備與云之間網(wǎng)絡(luò)連接的建立和編程時間。解決方案：為了節(jié)省工程師大量的編程工作并減少時間和成本，采用支持通用接口的嵌入式計算平臺，以及集成即用型Modbus引擎和云連接的軟件套件，比如AWS，便可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與IIoT所需應(yīng)用的快速集成。此外，對希望采用OPC統(tǒng)一架構(gòu)（UA）而統(tǒng)一自動化接口的人來說，可以使用提供OPCUA服務(wù)器并具有云連接能力的軟件套件。這種解決方案的美妙之處在于，無需付出額外成本，即可實現(xiàn)云連接的附加架構(gòu)。