關(guān)于工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的探討

中國的工業(yè)自動化經(jīng)歷了十幾年的迅猛發(fā)展工業(yè)自動化現(xiàn)場部署著來自中國本土、美國、歐洲等各種國內(nèi)外的技術(shù)和產(chǎn)品，存在以下方面問題：

(1)設(shè)備種類多、地域分布廣、通訊鏈路雜；

(2)傳輸標準多樣化: 設(shè)備層各種通訊(總線)技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)/232/485/DP/CanBus/Zigbee/GPRS/WIFI/G3;各種標準、協(xié)議并存，如Modbus、IEC60870、IEC 61850、OPC、Profibus、Devicenet、Mbus等；

(3)部署、調(diào)試與維護管理的成本劇增；

(4)自動化技術(shù)已滲透到電力、市政、交通、樓宇農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域，原有的技術(shù)體系已遠遠不能滿足需求。

企業(yè)也意識到了當前的狀況，但是自動化與信息化兩化融合工作又日益迫切，設(shè)備互聯(lián)互通的工作量日益增大，風險也越來越大。大家之所以還在忍受現(xiàn)狀的煎熬，是因為似乎沒有更好的辦法。但是真的沒有更好的辦法了嗎？

一、智能網(wǎng)關(guān)承擔的作用

眾所周知，要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，首先要實現(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的融合。如何將多種儀表、多制式傳感器和控制器接入移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。并且，面對大范圍的接入，必須是一種標準、可用、易用、易維護的方案。這其實也正好回答了前面提到的如何解決企業(yè)當前面臨的困局，即客觀上需要有一種融合的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)至少要具備如下功能：

(1)支持多種網(wǎng)絡(luò)制式，具備多種行業(yè)接口，例如RS485、PLC、Zigbee等；能直接與傳感網(wǎng)絡(luò)的終端通信，匯聚各種采用不同技術(shù)的異構(gòu)傳感網(wǎng)，將傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸。

(2)在上行通信層，應(yīng)該具備普通互聯(lián)網(wǎng)路由器的基本功能，通過有線無線多種連接方式連接 4G/5G 移動網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)，以便靈活適配互聯(lián)網(wǎng)；與遠程運營平臺對接，為用戶提供可管理、有保障的服務(wù)，從而更方便地對生產(chǎn)、生活進行管理。

二、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)探討

在解決設(shè)備互聯(lián)互通的問題上，破局的關(guān)鍵是平臺化。

傳統(tǒng)的兩化融合普遍認可的結(jié)構(gòu)是經(jīng)典的三層結(jié)構(gòu)，即PCS(過程自動化系統(tǒng))、MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP(企業(yè)資源計劃系統(tǒng))。

對于層與層之間，如何對接，基本沒有標準可循，因此在項目實施中，都是八仙過海，各顯神通的。在MES和ERP層之間相對比較好處理，因為同屬于信息化范疇，而PCS和MES 層之間復(fù)雜性比較大因為PCS 層設(shè)備存在多樣性。

如果在 PCS和MES之間，增加一個層一-ICT(信息通信平臺層)，作為標準平臺，則設(shè)備互聯(lián)互通的標準化將成為可能。

ICT平臺層是以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)為核心構(gòu)建的。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)擔當起這一重要角色，需要具備以下優(yōu)勢及特點：

(1) 遠程管理

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)是工業(yè)級無人值守型設(shè)備，可以由現(xiàn)場工程師或者安裝工人而不是高級工程師進行安裝。工程師可以在辦公室內(nèi)，對所有網(wǎng)關(guān)進行遠程管理好調(diào)試，從而實現(xiàn)設(shè)備接入和維護?，F(xiàn)場如果出現(xiàn)通信問題，可以第一時間進行遠程診斷并盡可能遠程解決。如此，現(xiàn)場出差的次數(shù)可大大減少，設(shè)備維護的周期和成本也大大降低，客戶滿意度也會提高。

(2) 穩(wěn)定可靠

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)承擔的功能，相當于網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元節(jié)點，所有的數(shù)據(jù)都依賴于這個節(jié)點，所以要求具備高穩(wěn)定性。從設(shè)備角度來說，要求采用工業(yè)級設(shè)備、寬溫、抗電磁干擾能力強；從網(wǎng)絡(luò)角度來說，要求能夠適用多種鏈路、復(fù)雜路徑，能夠在多種鏈路之間切換、互為備份；從系統(tǒng)角度來說，要求能夠?qū)崿F(xiàn)斷線緩存等功能。

(3) 簡單易用

作為產(chǎn)品級的解決方案，簡單易用是必須的。無論是現(xiàn)場實施工程師、維護工程師，還是業(yè)主的設(shè)備、信息管理人員，通過簡單的培訓(xùn)或自學(xué)，就應(yīng)該能掌握產(chǎn)品的基本使用?？梢酝ㄟ^以下措施來提升產(chǎn)品簡便性。

采用完全可視化的拓撲結(jié)構(gòu)圖：配置過程用圖表、向?qū)У?，界面友好、容易上?

用驅(qū)動庫的方式解決設(shè)備協(xié)議多樣化問題。設(shè)備使用到的通信協(xié)議，種類是非常多的，網(wǎng)關(guān)如果只支持單一協(xié)議，無法體現(xiàn)“平臺”的特性；

支持大量協(xié)議，又會顯得臃腫，使用復(fù)雜。因此，采取“驅(qū)動庫”的方式，是一個兩全的辦法。而且，驅(qū)動庫是不斷成長的，將會越來越豐富，驅(qū)動庫也可以建設(shè)在云端；

基于腳本編寫智能處理。除了集成常用的智能化應(yīng)用，也可以提供腳本語言，使得用戶可以輕松的實現(xiàn)自定義智能處理。

（4）降低成本

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)承擔著海量設(shè)備接入的任務(wù)，將會被大量部署到現(xiàn)場。成本是客戶滿意以及項目成功的至關(guān)重要的因素之一。網(wǎng)關(guān)的成本構(gòu)成主要有: 設(shè)備采購、安裝部署、開發(fā)調(diào)試、運行維護等。而且隨著人工成本不斷上升，項目覆蓋地域不斷擴大后三者的比重上升最快。因此，網(wǎng)關(guān)的生產(chǎn)廠家必須一方面考慮降低硬件成本，另一方面要做好穩(wěn)定性、易用性、易維護性等工作。

（5）安全互聯(lián)

傳統(tǒng)模式下，企業(yè)面臨的問題除了前面提到的便捷性、穩(wěn)定性和性價比問題外，還有一個巨大的風險:安全性。

安全性涵蓋兩個方面：一是控制網(wǎng)絡(luò)安全。當我們把控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)直接連接以采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同時，來自于信息網(wǎng)絡(luò)的不安全因素，例如黑客病毒等威脅隨之而來。二是數(shù)據(jù)安全。目前企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送大都采用ModbusTCP等工業(yè)標準，用明文方式傳送，中間傳輸過程非常容易被截取，從而把控制服務(wù)器的IP 地址、敏感生產(chǎn)數(shù)據(jù)(部分數(shù)據(jù)屬于商業(yè)機密)暴露出來。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)需要采用白名單、物理隔離、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)解決上述兩個問題。

結(jié)語：

由于沒有標準化管理手段，設(shè)備互聯(lián)互通市場處于一種無序的狀態(tài)，給用戶帶來方案策劃困難、實施困難、維護困難的三難局面。然而設(shè)備互聯(lián)可通的需求卻越來越多，覆蓋面越來越廣，困難和風險也就越來越大。這是當下工業(yè)自動化行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)建立起統(tǒng)一的設(shè)備互聯(lián)互通平臺層ICT，則有可能成為一個標準化的方案。

審核編輯：湯梓紅