寻找工业自动化和移动技术之间的共同点

随着移动技术进入工业领域，它们正在挑战传统的数据处理实践。

通过本森荷格兰德 2019年6月13日

在工业自动化的背景下，移动性不仅仅是一个流行词，而且由多种技术组成。与实现控制和数据网络的传统方法相比，移动技术需要多种硬件和软件增强。终端用户在生活的其他方面已经习惯了移动连接，他们越来越要求与自动化系统进行移动交互。移动设备和应用程序正在进入工业领域，正在改变数据的获取、查看、存储、分析和处理方式。

将移动技术视为现有工业自动化系统的补充是一种短视的做法，因为一些工业控制产品已经具备了提供移动体验所需的计算和通信功能。以可靠和安全的方式快速实现与任何数据采集(DAQ)应用程序的集成移动性是可能的。

使用具有内置移动功能的更新的自动化产品，用户可以通过适当的移动选项来增强传统的工业自动化方法。其结果是为最终用户简化了实现。

为浏览而建

位于工厂和制造工厂的工业硬件和软件系统通常被认为是操作技术(OT)，而办公网络和移动通信系统通常被称为信息技术(IT)。工业和移动技术的融合需要OT和IT服务的整合。当终端用户可以使用他们的移动设备与OT设备进行交互，而无需考虑中间的技术时，这种集成是成功的。

对于OT和IT来说，一个常见的麻烦是要求安装特定的软件来执行基本的硬件配置。虽然专业软件在更高级的配置和编程中仍然发挥着作用，但如果最终用户可以使用web浏览器等熟悉的软件来完成部分或全部工作，则会更加方便。

商业和工业设备使用web浏览器公开配置选项和信息。

web浏览器还允许用户通过加密和认证的连接，使用手机、平板电脑或其他移动设备进行至少一些系统设置、监控和故障排除。在许多情况下，软件不需要下载，也不需要互联网或PC访问。这是移动技术如何在获取工业信息时消除障碍的一个主要例子。

改善数据流

传统的工业自动化架构可以提供运行时移动数据，但它需要几个复杂的中间步骤(图1)。建立这个过程非常严格，难以管理，而且存在安全雷区。

数据点来源于各种传感器、可编程逻辑控制器(plc)或其他智能设备。然后，这些数据必须根据源设备的编程方法和协议进行排列和缩放。然后，它必须使用轮询请求/响应方法，通过多层输入/输出(I/O)服务器、pc、网关和其他中间组件进行组织和传输，直到它到达支持移动连接的基于云的或本地数据服务器。场外连接通常需要防火墙管理和大量IT参与。

然而，一种新型工业自动化控制器通过将IT功能嵌入OT平台以强调通信，改善了这种情况。这些边缘可编程工业控制器(EPIC)设备通过I/O和工业控制功能(图2)保持了OT根源。它们还集成了高级编程语言、基于web的管理和移动优化协议等IT元素作为原生功能。

这种设备通过连接到现场的任何有线或无线智能设备，并通过启动移动设备访问的云服务的出站通信简化了数据传输(图1)。通过板载I/O和对工业协议的支持，工业边缘控制器可以从任何类型的现场设备或智能设备获取数据，包括plc和可编程自动化控制器(pac)。

此外，使用ISO标准消息队列遥测传输(MQTT)和开源Sparkplug协议，工业边缘控制器可以执行异常报告发布/订阅(pub/sub)方法，将数据传输到中央代理。由于代理只根据请求处理数据，因此流量最小化，服务器负载也降低了。此外，由于发布/订阅数据通信使用出站设备发起的通信方法，安全性得到了改进，并且避免了大多数防火墙问题。

与提供移动功能的传统方法相比，数据结构发生了变化，因为只处理请求的数据。无关的数据被排除在外，程序员映射和跟踪数据表的工作是不必要的。开发人员选择他们需要传输的数据，从而简化系统并提高性能。

向外看

虽然工业和移动技术的合并为工业应用程序提供了受欢迎的连接和数据流选项，但添加移动设备也会引起谁可以查看和更改工业控制器数据的担忧。对于老式系统，硬连线操作界面终端(OIT)通过串口电缆连接到PLC，显然人机界面(HMI)体验是本地的，与世界其他地方绝缘。对于现场Wi-Fi网络上的移动设备，或者通过互联网或蜂窝数据网络连接的移动设备，安全需要更多的关注。以前用于工作的一些工作现在必须用于安全。

第一步是确保在不受信任的网络(例如，直接访问互联网的网络)上的所有数据通信都经过加密和身份验证。工业边缘控制器通常内置了这些重要的安全需求。

下一步是根据个人对数据的实际需求控制他们的物理和数据点访问。例如，公司可以选择将操作员限制在本地工厂网络内公司发行的平板电脑上仅用于显示的HMI应用程序。同一系统的工程师或主管可能只被允许通过互联网或单元数据网络查看某些诊断或生产信息，允许他们远程评估运行状况，但不能进行更改。

当数据离开公司时，制定使用规则是很重要的，这样员工才能理解公司的期望和要求。在场外使用数据会引发这样的问题:有价值的或专有的信息是否以不受控制的方式通过移动设备离开工厂，以及这些信息是否可以在这些设备上捕获。

或者，更糟糕的是，这些远程设备是否会被用于在工厂内发起未经授权的更改?许多移动HMI应用程序，无论是基于浏览器还是其他方式，都不会专门将数据存储在本地设备上。但是，如果用户可以显示只读配方并对其进行屏幕捕获呢?这可能构成不可接受的数据访问。

这些都是合理的担忧，用户或公司必须为个人决定适当的访问级别，并确保所有设备和数据配置的安全。

对于对移动技术有更大限制的情况，可以考虑使用公司配发的设备，而不是让员工采用自带设备的方式。公司批准的专用设备可以更具体地管理和保护，甚至可以触发丢失的设备进行远程擦除。

也许确保安全远程访问的最重要步骤是从正确的数据收集和分发设备开始。

所有的移动，所有的时间

由于易于实现的移动工业硬件和软件，一个自然的发展是更多的应用程序可能完全移动化。只要Wi-Fi或手机连接始终可用，终端用户可能更愿意摆脱传统工业实现的束缚，转而支持便捷的移动服务。

除了运行时可访问性之外，用于工业应用的移动设备还节省了前期工程和设计时间。本地工业系统可以“无头”安装，无需面向本地运营商的HMI，因为HMI体验将通过工厂的网络基础设施交付给授权的移动用户。

密切关注工业发展的脉搏

改进的移动工业技术的另一个积极后果是，通过更深层次的分析，从简单地使设备工作转向针对预防性或预测性维护。

机器和流程自动化应用程序已经尝试优化流程，并向操作员提供他们所需的信息，而且配置机器以自动更新诊断和功能指标要容易得多。此信息可用于预测即将到来的维护需求、减少停机时间、排除活动问题并发现趋势问题。

先进的原始设备制造商(oem)将在他们的设备中构建正确的数据点，并从一台机器、一个站点甚至多个站点收集结果。使用发布/订阅方法进行数据通信将减少OEM客户站点的安全问题，并提供更有效的数据收集。数据可以用来为客户提供额外的服务，并改进机器设计。

建立更广泛的数据收集网络的能力为支持详细的离线数据分析提供了更多信息。希望降低能源消耗和维护成本并提高效率的最终用户将发现这些分析非常宝贵。

移动与工业的结合

虽然将工业OT和移动it作为独立的实体进行讨论有一定的意义，但重叠正在增加。随着所有类型的工业控制采用更多的本地和类似it的移动功能，这些区别将继续消失。

从运营商的角度来看，移动工业体验应该保持不变或比以前更好，同时提供额外的优势，即在需要的地方携带他们的观看设备。操作人员可以监控位于远程或危险区域的设备，同时避免了旅行时间并保持安全。维护人员可能会发现更多的好处，因为他们可以在需要的时候和地方访问详细的数据。工程师和设计人员将发现他们的工作和更容易的开发选项，尽管他们必须建立全面的安全性。

通过这些改进的数据流选项，业主和原始设备制造商将能够从工业自动化系统中收集信息，使用分析，并提高流程和设备的效率和正常运行时间。

本森荷格兰德是营销副总裁光电子的22．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．