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自动化金字塔:将要成为古老的历史?

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来源: 作者: 2019-10-15 13:28:51

经典的自动化金字塔模式展示了定义明晰的层级结构,信息从设备层向上经由控制、监管和管理3个层级流入企业层。尽管这一模式得到广泛认可,但其中的数据流动并不顺畅。由于金字塔每层的功能性要求不尽相同,这就催生了针对特定任务的不同通信方法,使得不同层级之间的兼容性较差。

这一问题在该模式的较低层级尤为突出。对于有实时及安全要求的最底层设备而言,由于缺乏一个合适的唯一通信标准,导致众多相互竞争的专用协议的产生。这意味着不兼容不仅存在于层级之间,同时也存在于设备层和控制层之内。因此,为了兼容终端用户所喜爱的系统,经常出现自动化设备支持5个甚至5个以上工业协议的现象。

实时及安全子系统游离于更广层面的自动化及IT基础设施之外,使读取数据变得异常困难,限制了开放式架构计划(例如“工业4.0”)的有效性。那么,我们如何才能满足这两个貌似处于竞争关系的需求,在完全开放数据存取的同时保护关键流量呢?

扁平化金字塔

由于用户对连接度和灵活性的要求更加严格,自动化金字塔模式的这种结构越来越受到诟病。为了更直接地提供底层数据,设备所有者转向开放的OPC UA标准。该标准提供了一种模式,即管理层和企业层的OPC UA“客户端”能够直接从设备层的OPC UA“服务器”调用数据。

尽管OPC UA消除了自动化和IT间的部分障碍,但并没有解决实时与安全子系统中使用独立的专用网络的问题。这些网络的问题随着OPC UA发表/订阅模式以及时间敏感网络(TSN)插件的出现得到了解决,TSN插件可以为IEEE 802以太网增加实时功能。OPC UA发表/订阅模式与TSN结合后,可以通过标准以太网进行一对多和多对多实时数据交换。OPC UA TSN因此提供了一个开放、标准以及实时的通信平台,该平台既能达到传统自动化的严格要求,又能支持物联网(IoT)原则。

商业效应

自动化金字塔模式中的任意约束解除后,工业自动化市场将逐渐开放,这与20世纪90年代出现的企业IT或21世纪初出现的IP电话的情形相似。工业生产商和终端用户将通过更多的供应商获得更为便宜的互操作部件,同时得到大批工程师的技术服务。

灵活的通信基础设施有助于部署新的技术,如雾计算(云边服务)和创新型“即服务”商业模式。在工业自动化中,这些新技术有可能极大提升整体生产力,驱动增长,同时为新兴市场成员和初创公司创造突破现状的机遇。

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