既有的工控系統(tǒng)如何向物聯(lián)網(wǎng)化演進(jìn)？

　　目前，工業(yè)控制系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的復(fù)雜無(wú)序的控制系統(tǒng)，向簡(jiǎn)化、整潔、開放的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)演變(如圖1)。二者的區(qū)別是：過(guò)去各個(gè)OT(操作技術(shù))和IT(信息技術(shù))設(shè)備是分立的，而現(xiàn)在控制端在云端(如圖1右側(cè))。圖1中，黃色框是運(yùn)營(yíng)/操作功能(OT)，藍(lán)色框是典型的IT功能，包括監(jiān)控體系、資產(chǎn)體系等。

　　圖1 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)向物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)演進(jìn)

　　圖1左側(cè)黃色產(chǎn)品塊來(lái)自GE、西門子、施耐德等公司產(chǎn)品?，F(xiàn)在的任務(wù)是把這些實(shí)體的小盒子變成虛擬的，放到云端上，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。例如，過(guò)去沒(méi)有虛擬化，需要增加一個(gè)功能就要增加一臺(tái)服務(wù)器，其缺點(diǎn)是過(guò)去一臺(tái)服務(wù)器也許不能用滿，會(huì)造成服務(wù)器資源的浪費(fèi)?，F(xiàn)在同一個(gè)大盒子按照資源量進(jìn)行虛擬功能分塊，可把資源集成在一臺(tái)服務(wù)器上。

　　從左到右的演變可能需要5~10年時(shí)間。時(shí)間長(zhǎng)短主要取決于商業(yè)模式的問(wèn)題，例如有的公司剛購(gòu)置了一個(gè)黃色小塊的功能，為了實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)，不可能把以前的設(shè)備全部推倒重來(lái)。另外，新技術(shù)的應(yīng)用也需要時(shí)間，例如核電廠的測(cè)試需要花費(fèi)時(shí)間。再有不同行業(yè)的科技應(yīng)用速度有快有慢。

　　云與邊緣

　　云是無(wú)處不在的。我們身邊的產(chǎn)品就有云服務(wù)，例如手機(jī)和電腦用到了云服務(wù)。云服務(wù)提供商有美國(guó)的微軟Azure、亞馬遜AWS等公司，中國(guó)有BAT(百度阿里騰訊)等。

　　圖2 物聯(lián)網(wǎng)從云到邊緣的框架

　　圖2左側(cè)是云，右側(cè)是邊緣(Edge)，中間是二者之間的轉(zhuǎn)變。物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算覆蓋云和邊緣。

　　Titamiun Control定位工控/邊緣

　　近日，風(fēng)河公司行業(yè)解決方案部門高級(jí)總監(jiān)Ricky Watts先生來(lái)京，向電子產(chǎn)品世界的記者介紹了用于邊緣的虛擬化平臺(tái)(圖2中的紅色框)及風(fēng)河2017年的新產(chǎn)品——Titamiun Control。

　　邊緣有Fog(霧)和Mist(薄霧)。那么為何有了云，還要有邊緣?首先為了節(jié)省時(shí)間，一些計(jì)算/盡可能放在離設(shè)備近的地方。例如機(jī)器人要執(zhí)行任務(wù)：擰一個(gè)螺釘，把控制功能放在云上，再?gòu)脑频皆O(shè)備再返回到云，耗時(shí)較長(zhǎng)。其次是監(jiān)管的需要，例如中國(guó)開個(gè)工廠，例如核電廠，把數(shù)據(jù)放到美國(guó)的云上，是不太合理、合法的。再有就是邊緣會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在邊緣生成的數(shù)據(jù)99%被扔掉了，因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大，不能送到云端上，例如一些電機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量會(huì)達(dá)到TB級(jí)別的數(shù)據(jù)量。

　　但是這些控制端也需要安全和高效。為此，風(fēng)河推出了Titamiun Control產(chǎn)品。實(shí)際上，風(fēng)河Titanium家族有三款產(chǎn)品：Titamiun Cloud, Titamiun Edge和Titamiun Control。前兩款基于通信/電信，后者定位工控等邊緣設(shè)備。

　　可見，Titamiun Control是基于Titamiun Cloud的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)而產(chǎn)生的，特點(diǎn)是高可靠性和低延遲性。另外，工業(yè)市場(chǎng)需要有針對(duì)性的產(chǎn)品，例如水電氣等系統(tǒng)對(duì)安全性和可靠性要高，為此，Titamiun Control比Titamiun Cloud的安全性更強(qiáng)。

　　Titamiun Control的特點(diǎn)是安全

　　Titamiun Control軟件包括三部分。

　　*開源軟件。計(jì)算節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用和服務(wù)從Windows展開。之前是在Windows上運(yùn)行，現(xiàn)在可以讓系統(tǒng)快速高效地轉(zhuǎn)到Titamiun Control平臺(tái)上。無(wú)論是PLC還是SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)等其他服務(wù)，可以毫不費(fèi)力地轉(zhuǎn)到Titamiun Control上。(如圖3上側(cè))。這樣可以縱向在云平臺(tái)上集成。

　　圖3 Titamiun Control工業(yè)云平臺(tái)

　　Titamiun Control軟件有三層集成系統(tǒng)，這對(duì)工業(yè)客戶十分重要，例如二三年后可替換硬件平臺(tái)，又不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。同時(shí)在安全方面，增加安全性能時(shí)不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成干擾。總之，Titamiun Control的宗旨是提供與之前一樣好甚至更好的性能。

　　*實(shí)時(shí)性。在物聯(lián)網(wǎng)邊緣希望始終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的要求。風(fēng)河一直致力于把Titamiun Control開發(fā)成實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

　　*安全。在安全方面有些特別的功能。眾所周知，傳統(tǒng)系統(tǒng)中有套特有的方式保證安全，而Titamiun Control有三種方法確保安全(如圖4)。一種是自上而下的經(jīng)典安全模型，例如像筆記本電腦的開機(jī)，需要密碼認(rèn)證。

　　第二種差異化的方式是自下而上，有受信平臺(tái)模型(TPM)。如果一個(gè)軟件沒(méi)有解密密碼，軟件就無(wú)法安裝到平臺(tái)上。所以圖4下側(cè)藍(lán)框部分如果沒(méi)有密碼就無(wú)法安裝。

　　圖4 三種保證安全的方式

　　第三種是穿越整個(gè)系統(tǒng)。Titamiun Control有ITA(集成測(cè)量架構(gòu))，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果有人想登陸或改變數(shù)據(jù)，軟件會(huì)模擬并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)。

　　應(yīng)用案例：水處理系統(tǒng)

　　Titamiun Control的系統(tǒng)平臺(tái)可用于公用事業(yè)，諸如水處理和發(fā)電等，特點(diǎn)是高安全性。

　　圖5是水處理使用模型。無(wú)論是地下取水或回收水等，都要確保系統(tǒng)安全。在水處理過(guò)程中需要用到水泵和檢測(cè)器等，需要用到模擬器(simulator)，把運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程放到模擬器上去模擬運(yùn)轉(zhuǎn)(圖5中)，即把它放到Titanium Control上。為何這么做?因?yàn)門itanium Contro平臺(tái)能盡可能接近工廠中的實(shí)際情況。如果在模型器中運(yùn)轉(zhuǎn)良好，就會(huì)復(fù)制到真實(shí)的工廠中(見圖5藍(lán)色箭頭)。綠色箭頭是把模型復(fù)制到真實(shí)工廠之后，會(huì)衡量結(jié)果，同時(shí)和模擬器中的結(jié)果對(duì)比。

　　圖5 水處理使用模型

　　現(xiàn)在模型系統(tǒng)和操作系統(tǒng)是分開的。但是隨著技術(shù)可用性更高，可以把模型系統(tǒng)和實(shí)際操作系統(tǒng)放到同一平臺(tái)上。

　　目前此過(guò)程還是手動(dòng)/人為過(guò)程，需要很多人參與，最終將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)化，無(wú)需耗費(fèi)人力。盡管這是未來(lái)的目標(biāo)，但相信會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。

　　通過(guò)此案例，可以看出Titanium Contro在物聯(lián)網(wǎng)中扮演中重要作用：把計(jì)算帶到邊緣。

　　小結(jié)

　　Titanium Control的特點(diǎn)如下：

　　*開放性強(qiáng)。Titanium Control采用開源軟件和開放的API，所有開發(fā)者都能在上面施展拳腳。

　　*擴(kuò)展性強(qiáng)。從小電腦系統(tǒng)到大平臺(tái)和大系統(tǒng)都可以用。

　　*安全性高。

　　*立即就可購(gòu)買，而且很多用戶正在使用。

　　*深厚的工業(yè)根基。風(fēng)河自成立以來(lái)，一直把軟件用到工業(yè)市場(chǎng)中，有悠久的歷史。