IO级别的IIoT

看看工业物联网(IIoT):使用这种发展中的技术，设备级通信将如何工作?什么是工业物联网?了解工业物联网的四个误解，工业物联网的五个新方面，以及工业物联网的颠覆性技术将缓慢流行的六个原因。

通过彼得·韦兰德，赫尔曼·斯托里 2015年8月4日

工业物联网(Industrial Internet of Things，简称IIoT)²oT)最近得到了很多讨论，就好像它已经完全成型并准备立即使用一样。更仔细的研究表明，至少在2015年年中，许多被称为工业物联网的东西要么不是工业的，要么不是互联网的。

不管是否涉及任何互联网协议，已经使用多年的常见机器对机器(M2M)通信技术现在都被重新命名为IIoT。这至少造成了一些混乱。

工业物联网的四个误区

关于工业物联网的常见误解包括:

所有过程控制功能都将转移到云端。
任何现场设备都能够与世界上任何其他地方的现场设备通信。
大量的新数据将被创造出来。
一切都将是无线的。

这些误解往往出现在当前的讨论中，因为它关注的是采用技术可能带来的好处，而不是理解技术本身。谈论“大数据”的好处比拆散通信栈更有趣。一旦掌握了更好的基本概念，好处就会更容易理解。与其讨论工业物联网可能能做什么，不如讨论工业物联网是什么以及它将如何工作更有用。这样就更容易辨别真假，也可能减少炒作的程度。

首先，工业物联网是基础设施——它支持通信，这就是工业物联网能力的范围。也许这听起来不是很令人兴奋，但不要低估了工业物联网的意义。新的网络将更快，并将提供更复杂的连接。

工业物联网不是什么

工业物联网的互联网部分是使用IPv4或IPv6来寻址，因此不使用互联网协议(IP)的通信实际上不是工业物联网。工业物联网不会创建数据，也不会改变我们在典型工艺制造环境中部署仪器仪表的方式。(大部分(如果不是全部)承诺的数据现在都可以通过传统技术获得，但用户出于各种原因没有收集这些数据。新的基础设施是否会以某种方式让数据变得更有吸引力，还有待观察。)

实现工业物联网将对控制系统与现场设备的通信方式产生重大影响，当然，这是基本的输入/输出(I/O)功能。如果工业物联网成功地使设备级通信更容易、更便宜，用户可能会有机会部署更多的传感器(其中一些可能是无线的)，尽管现场仪器仍必须通过相同的安全性和坚固性评估。部署新传感器的所有其他成本仍然适用，例如将其添加到工厂数据库，将其添加到控制室人机界面(HMIs)，工艺单元管道和仪表图(P&ID)等。一个消费级的、智能的、能上网的恒温器将不会安装在炼油厂蒸馏塔的一侧。

IIoT连接

在2013年5月的控制工程赫尔曼·斯托里(Herman Storey)就工业物联网的发展方向在技术方面提出了一些看法以及需要什么才能使其切实有效。从那时起，虽然实际的技术进展有限，但讨论肯定得到了加强。

这里提供的更新信息重新讨论了这个主题，提供了更新，并讨论了IIoT将如何在设备级别上使用。下面，Storey用问答的形式(在教育中，被称为教义问答)写下了他的评论。由于工业物联网对某些人来说几乎已经成为一种宗教，这种方法似乎特别合适。

了解更多关于工业物联网的五个新方面，以及它将缓慢流行起来的六个原因。

Herman Storey对工业物联网的见解

什么是工业物联网?

工业物联网是一个用于互联智能设备、系统和hmi的开放系统。它将利用与互联网技术和移动电话技术一起发展的技术，提供更快、更开放、更移动和更友好的互联和通信。它将主要支持现有的功能和用户界面，但也将提供支持新功能和用户界面的基础设施。

它在工业控制系统中的应用领域是什么?

工业物联网将主要影响工业控制系统中的I/O子系统。多层次架构将使用区域和管道(如IEC 62443所定义)隔离功能，这是必要的，并将保留在工业物联网中。然而，这种结构底层的数字通信的改进可以带来显著的好处。

每台设备都有自己的IP地址吗?

商业工业物联网承诺每个设备都有一个IP地址。例如，你可以在世界上任何地方使用你的智能烤面包机。认为流程工厂的每个现场设备都需要从任何地方访问是不合理的。任何一个设备确实需要与另一个设备通信的情况都可能已经发生，并且应该保持这种状态。

这些“大数据”将从何而来?

工业物联网本身不能创建数据。然而，它将非常擅长将智能设备生成的数据传输到历史学家或云。工业物联网的承诺之一是，它可以帮助将大量数据转移到基于云的应用程序，这些应用程序可以分析数据，并将其转化为更有用的信息。这种方法在日常操作中的实用性仍在验证中，并可能随着时间的推移而改变。

什么会和今天一样?

转向工业物联网不会改变我们操作流程工厂的本质。所有现有的控制系统功能将继续由新的基础设施现场执行，现有的功能仍将由现有的应用程序提供良好的服务。我们仍将测量和控制流量、液位、压力和温度，用于配置和排除这些功能的现有用户界面将继续使用。如果没有现场控制系统，安全高效地运行炼油厂或化工厂所必需的实时控制是不可能的，因此这种操作不会转移到云端。

工业物联网有什么新或不同之处?

1.物理介质,消息的寻址或路由、同步和调度、网络安全、移动性和功能位置都将受到影响。在物理(PHY/MAC)通信堆栈层，我们的工业设施充满了真空管时代孕育的遗迹。这些通信部件速度很慢，通常被紧密地绑定在一个应用层上，没有安全性，也没有路由、交换或共享媒体的能力。他们需要被替换。

2.互联网协议- - - - - -IIoT将使用互联网协议(IPv4或IPv6)提供现代可路由和可切换的消息传递。IIoT将能够使用最适合安装需求的任何物理层，并能够使用简单的网桥或路由器替代或转换媒体。一些较新的媒体(如双绞线上的DSL)可能会出现在现场网络中，以提供比一些过时网络更高的速度，但这些较新的网络将与无线(IEEE 802.11和802.15.4)、有线(IEEE 802.3)和光纤媒体混合在一起。没有一种介质可以满足所有的安装要求。许多较旧的协议已经被转换为可以在IP和较新的媒体上运行。这一趋势将继续并扩大。

3.消息的同步和调度-这种能力正在通过IEEE和Internet工程任务组(IETF)之间的一项名为确定性以太网(DetNet)的合作和重要的联合努力得到改进。通过IEEE 1588的改进，时间同步正在改进到亚微秒级别。这与专用缓冲和消息传递一起将为高速控制应用程序提供重大改进。这项工作将应用于有线和无线应用。AVnu将为DetNet提供互操作性概要文件和测试。

4.网络安全,这些新技术将改变战场网络的攻击面，并需要不同的防御策略。设备和用户都需要对网络和应用程序进行身份验证和授权。网络必须被管理，网络管理工具的用户友好性将决定网络安全的成败。ISA100.20将提供通用网络管理的模型、术语和最终标准。

5.流动性-我们目前提供的移动设备将需要改进。事实上，我们现在拥有的唯一真正的移动设备是我们的手机。用户和设备需要更好的移动支持和运动时的持续连接。事实上，ISA100.20中概述的所有五种移动性类别都需要在工业网络中得到支持。

在过去的美好时光里，访问设备的唯一方法就是伸手触摸它。这种模式工作了多年，是网络安全的实际替代品，但它不再满足今天的需求。数据需要在工程师之间来回移动，而不是工程师在数据之间来回移动。

出于性能考虑，控制和历史记录收集等功能需要靠近I/O基础设施。然而，操作员和工程人员的工作往往是远程的。维护支持需要提供本地和远程支持。所有本地和远程功能都需要移动性。所有功能都不会转移到基于云的主机上。一些功能可以迁移，但尚不清楚迁移带来的好处是否会超过复杂性。使用基于云的功能将会有成功和失败的实验。重要的区别在于远程访问和基于云的访问是不同的概念。远程访问是必需的，基于云的访问也是一种选择。工业物联网将使两者都成为可能。

实施的一些障碍和推动因素是什么?

毫无疑问，工业物联网是一项颠覆性的技术，尽管目前大肆宣传，但用户和供应商的采用将非常缓慢，原因有六个:

庞大的设备和主机系统安装基础
供应商产品迁移问题
开放性侵蚀了供应商的利润率
用户的成本和复杂性
为供应商和用户提供新的支持技能
一般的惯性，以及其他各种技术因素。

IIoT不会对I/O子系统的安装成本产生显著影响，因此与传统方法相比，它不能作为一种省钱的方式出售。这可能会对提供这些系统的供应商的利润率产生负面影响。传统I/O齿轮架和编组柜的消失将是供应商和集成商失去的机会。然而，如果他们能够满足客户的需求，这些人仍然需要盈利。寻找新资源的努力可能会加剧主机系统供应商和设备供应商之间的地盘之争。提供服务可能会填补空白，但所有供应商都必须努力避免互操作性问题。

未来几十年，工业物联网系统和设备将不得不支持传统网络。历史表明，工业装机基础不会迅速改变。在工厂中，数字技术从未完全取代模拟技术，也没有迹象表明在不久的将来会这样做。对于用户、工程公司、系统集成商和供应商来说，迁移将花费金钱并需要新的技能。

工业物联网的许多固有复杂性可以通过巧妙的系统设计和通过联盟的供应商合作来隐藏，但经验表明，第一批进入市场的产品将是开发的一半。这种转变的早期阶段不适合胆小者。

——Peter Welander, CFE Media的特约内容专家控制工程，pwelander@cfemedia.com；Herman Storey是Herman Storey Consulting LLC的首席技术官。他是ISA100和ISA108委员会的联合主席。

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