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工業無線

IT 工程師的工控必備神器:3分鐘搞定上云

  2019年01月15日  

  某個周四的下午五點鐘,在一個建廠四十年的數控機床零件廠里,所有員工正兢兢業業地制作一批下周將要交付的產品。這是該廠有史以來最大的一筆訂單,每個人都盡心盡力,確保以最高質量按時交付所有產品。工廠領班非常清楚,只要這次項目成功,就能進一步鞏固工廠在核心客戶中的地位,從而完成甚至超額完成今年的銷售目標。毫無疑問,要取得成功,必須保證交付不出半分差錯。

  然而就在交付前兩周,工廠的部分生產線突然出現故障,打亂了整個生產計劃。幸好問題得到了及時解決,項目如期完成。考慮到之后可能出現不能及時發現類似問題的情況,這家 OT (操作技術)公司的首席執行官決定將工廠連接至云端,實時監測廠內所有設備狀態。這項操作需要將 OT 網絡連接至公司的 IT (信息技術)網絡,因此接下來要考慮的就是尋找 IT 與 OT 數據連接的最佳方案。

  故事內容其實折射出現在很多工廠都有過的問題和困擾。當今社會IT 潮流席卷世界各地工廠。尋找合適產品和解決方案將工廠的 OT 系統輕松連接至 IT 網絡也隨之成為 IT 工程師的當務之急。 IT 工程師雖然對用于網絡數據傳輸的 IT 協議大多十分熟悉,但對于工廠使用的 OT 協議卻所知不多。

  本文為您詳細分析下使用IT網絡時會遇到的關鍵問題,并向您推薦相關的產品和解決方案。

  OT 系統是什么樣的?

  在深入了解如何從 IT 網絡獲取 OT 數據前,我們先來認識一下常見 OT 系統的結構。

  系統結構

  一般情況下,OT 系統中的數據組織呈階梯式,由下至上逐層傳遞。OT 系統一般分為三個層次:

  ? 設備層:包括機器、傳感器、負載、儀表和 I/O 設備。

  ? 控制層:包括 PLC(可編程邏輯控制器)、控制器和 SCADA(數據采集和監控)軟件。

  ? 信息層:包括 MES(制造執行系統)和 ERP(企業資源規劃)應用。

  獲取傳感器或儀表的讀數(如電流、電壓、壓強和溫度)后,I/O 設備收集這些原始工程數據,并上傳至 PLC 和控制器。這些數據是 MES 和 ERP 應用做出工廠操作相關決策的依據,也被用于進一步分析。

  OT 系統特性

  現場采用各種專用且通常互不兼容的協議

  IT 系統對大多數人而言并不陌生,它使用通用的元數據和文件識別格式,例如可通過因特網輕松收發 HTTP 報文。OT 系統則完全不同,多年來針對現場不同任務,已開發出多種采用不同拓撲的專用協議。

  因此,OT 系統開放性和可訪問性更低,無法與不支持其專用協議的設備或網絡連接。在 OT 系統中整合互不兼容的子系統對大多數 IT 工程師而言都是一大難題。

  分布式設計

  因為許多現場設備都支持多種專用協議,所以 OT 系統一般在分布式拓撲結構中運作。OT 系統是目的指向型系統,支持具體的不同應用,要求部署相應的設備和協議提高效率和精確度。

  舉例來說,工廠中使用的 PLC 和設備一般通過 EtherNet/IP 協議實現通訊,計算機數控機器使用的是 G-code 等專用協議,許多太陽能系統中使用的逆變器則通過 Modbus 通訊,而電力和供水系統通常使用 DNP3(分布式網絡協議)。IT 工程師亟需解決不同協議對 OT 系統各部分設備造成的通訊隔離問題。

  數據從 OT 系統傳至云端時

  可能產生的問題

  考慮到 OT 系統特性以及局限性,IT 專家在將數據傳送至云端時,可能會遇到哪些問題?他們又將如何解決?

  對 OT 協議不熟悉

  協議就像我們說的語言,只不過協議的使用方是設備。IT 工程師如果無法正確解讀遇到的各類 OT 協議,就無法分析數據,更不可能將數據轉換為有用信息。

  解決方案

  將OT協議納入IT協議網關

  為橋接 OT、IT 兩大系統,方便數據傳輸,我們使用協議網關將 OT 協議轉換為 IT 協議。但在實際過程中,我們可能要為不同 OT 協議安裝不同網關,這將增加成本,花費更長時間測試和配置網關。此外,配置的設備越多,就越容易遇到兼容性等問題。

  IT 工程師不擅長在 OT 設備上編程

  如上所述,OT 設備僅能滿足特定操作需求,其僅有的幾項功能,無法滿足用戶在實施定制方案時對單一設備的多功能需求。除此之外,大多數 OT 產品并不支持 IT 工程師習慣使用的編程語言。雖然 PLC 支持梯形邏輯,但梯形邏輯僅適用于 OT 現場應用。

  解決方案

  尋找符合 IT 工程師需求的設備

  為解決實施過程中的種種難題,我們常將嵌入式計算機置入系統拓撲結構中,作為連通 OT 和 IT 的網關使用,或作為數據采集器,從I/O 設備中收集信息。這些嵌入式計算機還能為軟件進一步開發和編程提供環境。

  此外,市面上已經出現了一些支持 IT 協議(例如 RESTful API)的 I/O 設備。同其他方案相比,以上解決方案對 IT 工程師更友好。

  Moxa 可幫助您

  將 OT 數據部署至 IT 云端

  現在,我們已經了解了幾乎所有的 OT 系統以及系統中的現場設備都主要通過專用協議進行通訊。IT 工程師通常對 OT 系統一無所知。對此,市場上是否已開發出相應設備滿足他們的需求?

  Moxa 解決方案

  Moxa 的遠程 I/O 和智能遠程 I/O 設備足以滿足 OT 工程師的需求,可支持能用于 OT 應用的 IT 協議。例如,模塊化遠程 I/O(ioThinx 4510 系列)和獨立遠程 I/O(ioLogik E1200/E2200/2500 系列)均以 IT 專家的最佳實踐為基礎設計而成。

  使用 Moxa OT-IT 解決方案,您將無需購買額外網關。Moxa 解決方案為用戶編程提供友好環境,讓工程師擁有更多靈活性。具體請看以下兩方面:

  內置 IT 協議

  可省去購買額外協議網關的成本

  Moxa 的 ioThinx 和 ioLogik 系列產品都內嵌多種協議,包括 RESTful API 和 SNMP Trap 等 IT 協議。用戶無論是想使用網絡管理系統 (NMS) 來管理整個系統,還是通過收發 RESTful API 請求來獲取 / 更改值和狀態,亦或是使用預定義指令進行自定義開發,以上操作都可以通過單個 I/O 設備實現。

  ? RESTful API:大量框架、驅動程序等資源都以 HTTP 協議為基礎,因此 RESTful API 適用于跨應用、跨設備拓撲結構。RESTful API 為網絡連接帶來高度可訪問性和便捷度,已成為 IIoT 設備與云端通訊的最佳協議之一。

  ? SNMP Trap:Moxa ioLogik 系列支持 SNMPv1/v2c,讓用戶可以使用 SNMP 網絡管理軟件監控網絡和I/O 設備。此外還可使用 SNMP Trap 發送包含日期、時間、服務器名稱、MAC、IP 地址以及其他參數的用戶自定義消息,用于樓宇自動化和電信應用。

  ? MXIO Library:Moxa 的 MXIO library 支持 WinCE、Linux、C++、VB / VC 和 .NET 開發平臺。在MXIO library 的支持下,您可使用高級計算機語言,通過以太網或 RS-485 網絡輕松管理 I/O 設備和數據傳輸。Linux 程序員還可輕松開發自定義應用程序,實現主機和整個 ioLogik 系列產品間的透明通信。

  Moxa 專利 Click&Go 技術

  助您快速配置控制邏輯,記錄數據

  Moxa ioLogik E2200 和 ioLogik 2500 系列均為智能 I/O,專為使用以太網和無線接口的智能監控應用設計。 ioLogik E2200 和 2500 系列內置 Click&Go 智能控制功能,無需使用計算機,即可輕松設定輸出和輸入響應條件。通過 Click&Go 智能功能,ioLogik E2200 和 ioLogik 2500 系列產品可按照用戶具體設定,自動報告 I/O 事件,通過簡單的 If-Then-Else 控制邏輯定義行動觸發條件。

  例如可觸發 TCP/UDP 動態消息傳遞。您可以設置一個或多個消息服務器 IP 地址,接收 Click&Go 邏輯發送的已生成事件消息。一旦完成設定,Click&Go 邏輯將向所有地址發送動態消息。內容格式包括 ASCII、 UNICODE 和 HEX,您可根據不同應用程序具體情況進行選擇。

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