工业应用的基于云的软件解决方案

越来越多的技术供应商正在为自动化、控制和仪器仪表应用提供基于云的软件。最终用户仍然有责任决定自动化软件应该驻留在哪里。他们应该在传统意义上“拥有”软件，还是软件即服务(SaaS)或平台即服务(PaaS)对特定应用程序更有意义?

自动化系统现在被要求在工厂操作的灵活性和敏捷性至关重要的环境中做更多的工作。工业4.0正在推动对“智能”生产的需求。它的重点是智能对象、自主产品和使用来自信息技术(IT)领域的新技术改进的决策过程(参见图1)。

随着工业企业互联互通的兴起，避免公司知识产权(IP)和关键基础设施被公开的情况至关重要。现代控制平台和设备本身的性质增加了这种担忧。工业自动化部门在1979年引入了Modbus，在20世纪90年代初引入了以太网。这些标准简化了交流，但也为潜在的不良行为打开了大门。

由于对可靠性、稳定性、寿命和预算紧张的要求，工业制造商在采用健壮的安全性方面一直进展缓慢。许多工业控制系统(ics)运行30年或更长时间，对硬件或软件的更改很少。在工厂网络中使用各种介质的以太网有可能使任何位置的自动化系统(无论是在云中还是在现场)暴露给未经授权的访问。(现场架构也经常被简称为on premises或on prem。)

云计算的兴起

最近，由于与工业物联网(IIoT)相关的趋势以及移动、无线、云和网络安全等现有技术的持续改进，控制和自动化领域发生了重大变化。

云计算已经成为世界范围内银行和企业系统等领域公认的计算范式。这些系统依赖于在强大的物理安全、持续管理的防火墙、入侵检测和加密背后集中关键进程。他们使用深度防御策略来保护知识产权。基于云的工业解决方案通常局限于自动化层次结构的更高级别，如企业管理。

与云计算相关的主要好处包括:

• 标准化开发和测试/模拟环境的可用性降低了设置和配置基础设施的成本。
• 分布式工程资源的灵活使用允许独立于位置的多项目和多用户配置。
• 可以自由地专注于运营资产的核心竞争力，同时减少现场物理占地面积、硬件、软件和维护。
• 专业知识可使系统保持最新，并应用正确的网络安全解决方案，以保持其安全和保护知识产权。
• 以需求为导向的定价模型降低了实际使用的投资成本。

越来越多的制造商正在利用云计算(包括SaaS和paas)的潜力来设计和操作工业控制系统。

Saas、PaaS服务的增长

SaaS是一种软件分发模型，在这种模型中，开发人员托管应用程序，并通过互联网向客户提供应用程序。将SaaS纳入流程控制领域意味着增加数据收集、集成和/或分发功能，超出大多数现有内部系统的限制。

SaaS可以扩展对工厂数据的访问，从而支持过程的实时监控。它还提供了驱动预测性维护计划所需的大数据。它使设施范围或企业范围的实时关键性能指标(kpi)和仪表板可见，从而集中注意力于重要的内容，并利用新的或现有的监督控制和数据采集(SCADA)投资的价值。

如果实现得当，SaaS可以比传统的软件所有权方法节省大量成本。这种云服务模型提供了最小化的硬件和软件设置成本，同时还提供了冗余和高可用性，从而允许对运行中的应用程序进行维护。最终用户不再需要管理和控制底层IT基础设施。安全、网络、计算和所有软件许可证都打包成月费或年费，从而消除或大大减少资本支出(CapEx)。相反，访问所需的任何服务都需要一次性成本。组织为他们所使用的服务付费，并且通常可以根据需要灵活地添加或删除服务。

SaaS的另一个好处是自动化服务提供商通常包括更新软件应用程序。提供商将与客户合作，协调为所有已安装软件安装适当的软件版本更新和补丁，并确保其正确运行。提供商承担了这一额外的责任，因为当客户使用最新的软件时，它有助于降低支持成本，同时提高安全性。

PaaS非常适合为开发和测试软件和数据库应用程序的工业组织有效地提供编程环境和开发人员工具。它提供了一个完整的集中式开发环境，可按需访问。

一些基于云的环境将包括复杂的模拟环境，以便在将项目应用程序转移到生产系统之前对其进行全面测试。软件和数据库应用程序可以是工业组织过去使用的自定义应用程序，但现在正在云中部署在虚拟机(vm)上。它们也可以是使用自动化服务提供商提供的平台和工具在云中从头构建的应用程序。

在某些情况下，相同的软件可以用于SaaS和PaaS应用程序。控制和流程工程师可能使用PaaS模型为其生产环境开发应用程序和SaaS。例如，自动化、过程控制和SCADA软件，传统上仅在客户的设施中提供，可作为流程外开发和模拟环境(Open VEP)或作为SCADA软件进行优化，以提供企业级可靠性和安全性，以监视和控制广泛分布的资产。

把这样的软件放在一个直接高速连接到电信和互联网的数据中心，可以实现与所有远程设备的高速可靠连接，并实现整体业务的可视化。

基于云的SCADA系统

传统的SCADA方法是完全拥有和现场的，需要专门的支持人员，资本和运营支出(OpEx)很大。这些费用包括安全、防火墙、网络设备以及物理计算机服务器和软件。然而，现场方法提供的灵活性有限，并且占用了在其他地方更好使用的宝贵资源。也许更重要的是，这些现场解决方案需要每4到5年更新一次。将现有解决方案迁移到新硬件通常比初始安装更困难——特别是如果它们最初没有进行虚拟化。

为了帮助客户应对运营和业务挑战，领先的自动化供应商已经为托管云环境开发了SCADA软件。新的基于云的SCADA系统代表了工业物联网时代软件的自然发展。在云中定位功能意味着终端用户可以从资本模型转向可预测的运营成本模型。他们可以在几天内建立起一个正常运行的监控系统。

在线生产系统可用于远程SCADA应用，如上游油气、替代能源行业，或用户希望监控和/或控制地理分散资产的任何应用。它可以用来从现场或移动设备收集信息，不管他们的位置。这样的系统有助于使用高度分布的资产和不在一个站点的工作人员进行操作(参见图2)。

该软件被应用于石油和天然气行业，用于井口、压缩站和管道的监测和控制，以及太阳能和风力发电的可再生能源市场。虽然有很大的不同，但这些应用程序都需要从分布式资产中收集数据，支持生产约束的图形可视化，并允许远程控制和故障排除以优化生产。

这种配置使SCADA功能成为可扩展的、基于云的服务。这减少了现场的物理足迹、硬件、软件和维护。它还降低了进入成本，使规模较小的公司能够在资金有限的情况下将网络安全业务上线。操作人员可以自由地专注于优化流程，而不是处理硬件和软件更新、系统升级、技术迁移和持续的维护。

虚拟工程工具可以为过程控制系统的开发、测试和验证提供一个过程外系统。负责改进或增加现有控制系统的过程或控制工程师通常使用这种方法。目标是在将控件、操作屏幕的外观和功能整合到实时生产系统之前优化它们。

PaaS软件可以由来自世界任何地方的人员在所需的任何版本、配置和大小的自动化系统上访问。该系统的开发包括所有安全、防火墙、网络和许可证，消除了IT架构、硬件和软件购买、现场安装、维护、备份、支持和升级的需要。还减少了在生产设施中保持脱机系统运行所需的物理空间、空调和物理安全性(参见图3)。

实现云服务模型

制造商必须考虑将部分控制和监控软件转移到云环境是否合理，或者是否应该留在现场。对于只有一个生产站点的组织来说，实现云服务模型可能不是必须的。然而，拥有多个设施的制造商可以从不同的位置收集数据，作为整体云方法的一部分。一些制造商可能会将其部署为监控系统，以可视化公司优先事项的当前状态，以协调资源并做出更好的企业级决策。

传统的现场托管具有速度快、简单的优点。远程服务许可证的成本也被取消了。另一方面，云托管允许增加协作和在任何地方访问控制数据，而不必管理个人计算机上的软件许可证。员工可以在任何地方完成他们的工作，但仍然被确保在他们独特的职责范围内。其他人可以看到特定项目的进展，这样他们就可以继续在当前版本上工作。

使用分布式工程资源的灵活性有助于在专注于各自专业领域的专家之间分解自动化任务;无论地点如何。公司可以大大降低差旅成本，同时允许员工远程工作，更快地将新产品推向市场。这也允许专家参与支持任何设施，以减少停机时间，同时在多个设施之间建立一致性。

云与现场决策通常取决于控制什么以及它位于哪里。员工在工作过程中相互协调的需求越来越大，而不是在自己的电脑上使用软件自主操作——通常对关键程序的备份编排很差。在一个州或国家运行设施的制造商可能希望其基于云的解决方案托管在其地理区域内。但是，如果有必要监视广泛或全球分布的资产，那么使用多个云策略并将故障从一个位置转移到另一个位置可能是有意义的。

随着云计算的不断普及，主要的自动化供应商正在提供云托管和现场控制软件。两者兼备的一个原因是为了遵守法规和满足关键数据需求。每种方法都有利弊。客户可以与自动化技术供应商合作，根据操作和业务需求选择正确的路径。整体策略可能是混合的。自动化知识和经验对于为公司做出最佳决策至关重要。

也许云技术最大的机遇是对企业运营的远程监控。例如，当企业管理层希望监视所有工厂位置和远程资产的状态时，采用SaaS的云解决方案是合适的。此方法提供了一组仪表板、关键性能指标(kpi)和其他报告功能，以帮助理解整个企业的情况。它实现了对当前情况的一致视图，并允许将来自数百个设施的数据汇总并以可视化图形显示，以引导整个组织的利益相关者的注意力，并帮助他们做出更好的决策。

尽管人们担心工业工厂环境中云托管数据的安全性，但主要技术提供商已经部署了严格的纵深防御策略，以保护多层物理和网络安全中的软件。这使安全专家有时间在入侵影响关键控制资产之前识别和消除入侵。还可以开发灵活的解决方案，包括附加防火墙和高级加密，以维护对客户控制基础设施和知识产权的安全访问，以增强安全性。

工业组织现在可以在现场或云端使用相同的软件来实现控制或自动化应用程序的所有好处。云服务模型为协作和移动访问提供了显著的优势，但最终用户在选择控制软件或平台方法时必须考虑特定的要求。

乍得麦格劳主持解决方案市场经理/开放VEP产品经理，霍尼韦尔．由CFE Media副内容经理艾米丽·冈瑟编辑，eguenther@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:软件即服务(SaaS)，平台即服务(PaaS)，云，SCADA

• 好处为工业应用程序实现基于云的软件
• 因素在选择现场或基于云的软件时要考虑
• 增长工业设施的云计算。

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