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3S MARKET

2019年10月23日 星期三

EcoStruxure ,Internet of Things (IoT) for Innovation and Energy Management | Schneider Electric



3S MARKET這篇報導有多精彩?無論是要建構 Industry 4.0 的業主,或要從事這方面的系統整合規劃者,包括監控業者,這裡的內容,就是商機……
源: e-works数字化企业网


粗略統計,截止 2018 年 3 月,聲稱能提供工業網路平台服務的全世界廠商,已經超過 150 家,耳熟能詳且能直接說出名字的工業網路平台不下 30 家。漫天飛舞的工業網路平台,可謂是亂花漸欲迷人眼,讓人看的眼花繚亂,很難讓人真正理解,不同工業網路平台之間的本質區別。

帶著對工業網路的思考,因此特別策劃了題為「工業網路平台大盤點」的報導,希望能透過對業界主流工業網路平台的整理,來理清它們之間的區別,進而引導製造企業有針對性的推進工業網路平台的選型與實施。

一、工業網路平台定義
工業網路是指工業互聯的網,而不是工業的互聯網。他認為,在企業內部工業網路要實現工業設備、資訊系統、業務流程、產品與服務、人員之間的互聯,實現企業 IT 網路與工控網路的互聯,實現從車間到決策層的縱向互聯;在企業與企業之間,工業網路要實現上下游企業(供應商、經銷商、客戶、合作夥伴)之間的橫向互聯;從產品生命週期的維度來看,工業網路要實現產品從設計、製造到服役,再到報廢回收再利用整個生命週期的互聯。


用一個簡單的公式進行表述,即「數據 + 模型 = 服務」。工業網路平台透過對企業的機器、業務系統、產品模型等過程數據,進行廣泛的採集,將採集到的關鍵數據,導入到工業化模型以實現業務功能的軟體化,最終為企業提供工業級應用服務,幫助企業優化生產流程,為產品從研發到生產、銷售和使用等全生命週期提供服務,從而實現製造資源的優化配置。

深度剖析:工业互联网平台大盘点(国际篇)
1 工業互聯網平台架構

在工業網路產業聯盟提供的白皮書中,將工業網路平台從架構上,具體劃分為四個層次,即邊緣層、IaaS 層、工業 PaaS 層和工業 SaaS 層。其中,IaaS 層主要是為 PaaS 層,提供雲端基礎設施支撐,以構建滿足工業應用開發需求的硬體環境。

第一,數據採集是基礎。對應工業網路的邊緣層,其本質是利用泛在感知技術,對多源設備、異構系統、營運環境、人員資訊等要素,進行實施高效採集和雲端匯聚。

第二,工業 PaaS 是核心。對應工業網路的平台層,其本質是在現有成熟的 IaaS 平台上,建構一個可擴展的操作系統,為工業應用軟體開發,提供一個基礎平台。

第三,工業 APP 是關鍵。對應工業網路的應用層,其主要功能是為針對特定工業應用場景,激發全社會資源推動工業技術、經驗、只是和最佳實踐的模型化、軟體化、在封裝,讓使用者可以透過對工業 APP 的調用,實現對特定製造資源的優化配置。

二、工業網路平台應用支撐能力
透過整理業界專家,對工業網路平台的定義,我們可以總結出工業網路平台,需要具備的基本功能:

第一,能實現將不同來源和不同結構的數據,進行廣泛採集;

第二,具備支撐海量工業數據處理的能力;

第三,能透過工業機理和數據科學,實現海量數據的深度分析,並能實現對工業知識的沈澱和復用;

第四,能夠提供開發工具及環境,實現工業 APP 的開發、測試和部署。

從當前工業網路發展水準看,能完全滿足以上四個層級功能的一般工業網路平台還比較少,但針對某些行業應用,領先的廠商基本能做到四個層級功能的全覆蓋。

比如在燃氣輪機、醫療等領域,由於較高的市場佔有率和多年的數據累積,使得 GE、西門子能充分建構,基於這些數據運行特點的算法和模型,透過工業機理和數據科學,實現海量數據的深度分析,並能實現對工業知識的沈澱和復用。

同時還能夠提供開發工具及環境,實現工業 APP 的開發、測試和部署。但對於當前大多數工業網路平台而言,由於行業影響力和技術支撐能力有限,基本上只能做到數據採集和分析,很難提供基於 PaaS 平台的應用開發能力。同時缺乏強力的合作夥伴,也很難形成工業 APP 應用開發生態

為了全面的瞭解,當前工業網路平台的發展情況,我們將以前面談到的四個層次功能為基礎,採用對標的方法,對當前主流的工業網路平台,進行功能整理和解讀。

1.國際主流廠商及平台
(1)GE —— Predix

按照 Predix 白皮書公佈的資訊,Predix 平台的四大核心功能,是鏈接資產的安全監控、工業數據管理、工業數據分析,雲端技術應用和行動性。

平台架構共分為三層,分別為邊緣連接層、基礎設施層和應用服務層。其中,邊緣連接層主要負責收集數據,並將數據傳輸到雲端;平台層主要提供基於全球範圍的安全的雲端基礎架構,滿足日常的工業工作負載和監督的需求;應用服務層主要負責提供工業微服務,和各種服務交互的框架,主要提供創建、測試、運行工業網路程序的環境和微服務市場。



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2 Predix工業網路平台架構

Predix 平台主要透過一個,名為 Predix 機器的功能模組,採集工業數據,這是一個能嵌入到工業控制系統或網路中的軟體堆,其嵌入方式主要由三種:

1)部署在 Gateway。對於支持通用工業通訊協議(如Modbus,OPC 等)或 TCP/IP 等 IT 通訊協議的設備,Predix 機器可以透過設備自身所支持的協議,直接與設備進行通訊,在這種應用場景中,Predix 機器往往部署在 Gateway 上,而 Gateway 起到設備與雲端之間的通訊連接作用;

2)部署在控制器。Predix 機器直接部署在設備的控制單元中,這樣做能夠削弱機器軟體與硬體之間的聯繫,實現連接、可升級性、相容性、遠端訪問等,使獨立運行或在單獨網路中,運行的工業設備能夠直接連接到雲端,完成數據採集與集時分析;

3)部署在感測器節點。在這一應用場景中,感測器部署在生產現場,完成數據採集,直接將數據上傳至雲端,在雲端完成其他的數據處理操作。

為了實現對大量採集來的工業數據,進行處理和分析,進而優化工業生產過程。Predix 平台提供包括設備服務、數據服務、分析服務在內的一系列服務。具體實現過程:

Predix 先透過設備服務為設備建模,再利用數據服務將採集的設備運行數據,與來自其他的數據源的數據(包括設備模型、ERP 數據)相結合,並根據數據的特點,儲存到不同類型的數據庫中,最後採用分析服務對數據進行分析,進而輸出分析結果。

目前,Predix提供兩種類型的數據分析:操作數據分析和歷史數據分析。其中,操作數據分析實質,是即時數據分析,對設備的狀態變化,進行即時分析與響應;歷史數據分析是對海量歷史數據進行分析,進而建立設備預防性維護模型。

面對當前不同行業數據的分析需求,Predix 分析服務提供開發框架,一個基於微軟 Cloud Foundry 框架的 PaaS 開發平台,利用這個開發平台,企業可以根據需求自主開發算法和模型,在透過配置、抽象,以及擴展模型用於管理分析算法的執行。

由於多年在航空、能源、電力、醫療等行業的經驗和數據累積,Predix 平台內部整合了一些針對飛機發動機引擎、醫療數據、能源數據的算法和模型。

除此之外,GE 及合作夥伴,還根據 Predix 平台,開發部署了一系列工業 APP 應用,包括計劃和物流、聯網產品、智慧環境、現場人力管理、工業分析、資產績效管理、營運優化等。

Predix 平台基本實現了,對工業網路平台四大功能的全覆蓋,屬於比較典型的工業網路平台。就目前而言,Predix 工業網路平台無論是在技術架構的領先性、功能服務的全面性、行業應用的覆蓋度,以及業界的影響力等方面,都要領先與同行,屬工業網路平台中的旗艦和標竿。

(2)西門子——MindSphere
如果需要為 Predix 選擇一個行業對手,普遍認為非 MindSphere 莫屬。MindSphere 是西門子推出的基於雲端的開放式物聯網操作系統,自 2016 年 4 月發佈以來,受到了行業的廣泛關注。

MindSphere 之所以有著強大的行業影響力,就在於西門子不但在建構工業網路理念,而且有著比較廣泛的行業應用實踐,包括一系列數位化工廠和無人工廠,都是以 MindSphere 平台為核心建構。


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3 MindSphere 基於雲的開放式物聯網操作系統

對工業設備的數據採集,西門子提供了一個 MindConnect 的工具盒子,可以讓設備輕鬆連接入網。在這裡可以找到 Nano 這種即插即用的工具,而配套的 Gateway、軟體,也都使得連接變得容易,並且可以輕鬆整合到 MES 軟體上。

當然,這個即插即用目前是有限制條件的,要麼設備支持西門子 S7 的通訊協議,要麼支持 OPC UA 這個新一代通訊協議。當然 Nano 應該只是一個針對既有產品的過渡手段,而對於西門子新自動化設備而言,這種工具乾脆就會直接成為數位化設備的一部分。

MindSphere 平台主要依託 Nano 這一 Gateway 型硬體產品,向上與 MindSphere 的雲端進行連接,向下與西門子的眾多具有乙太網通訊能力的硬體產品、以及支持通用協議的其他品牌產品進行通訊,完成數據採集與傳輸。如果設備的通訊協議比較特殊,使用者可以根據 Nano 中的開源軟體,自行開發設備通訊與數據採集程序。

下面我們具體介紹,MindSphere 是如何實現,與設備之間的通訊與數據傳輸,主要的方式可歸結為四種:

1)MindConnect Nano
MindConnect Nano 實質上,是一款嵌入式工業電腦,透過預先進行配置的方式,與 MindSphere 進行連接通訊。在硬體上支援的接口主要包括 USB、PCIe 插槽、串口,以及乙太網口。支持的通訊協議,包括西門子 S7 系列的乙太網通訊協議,以及 OPC UA。

Nano 能夠透過安全的網路連接,向 MindSphere 傳輸加密數據,保證數據安全。Nano 只能與 MindSphere 共同使用。

從 Nano 的產品介紹中可以看出,它扮演的角色類似於位於雲平台,和現場設備之間的工業 Gateway ,既完成數據採集(包括建立通訊),又完成數據向雲端的加密傳輸。而且 Nano 這一工業 Gateway 只能用於 MindSphere 體系中。

2)MindConnect IOT 2040
這款產品的定位,還是作為工控設備與物聯網的連接器,因為這款產品本身,秉承了 SIMATIC 系列產品的工藝設計,保證了在工業現場惡劣環境下的可靠性,這一點能夠彌補 Arduino 等物聯網開源硬體,在工業強度等級上的不足,相當於給性能強大的物聯網硬體穿上一身安全服。

3)MindConnect Software
從功能上推斷可能就是 Nano 中,提供的免費開源軟體。透過這個開源的軟體,使用者可以自行開發所需要的通訊協議,與設備建立連接,採集數據。

比如有些設備並不支持 OPC UA 工業通信標準,也不支持西門子 S7 系列的乙太網通訊協議,在這種情況下,企業就可以利用 MindConnect Software 進行自主的通訊協議開發。

4)SIMATIC 系列及其他西門子產品
西門子的自動化產品中有很多通訊模組,比如乙太網通訊模組,甚至有些 CPU 模組中,就帶有乙太網通訊的功能,因此,MindSphere 可以透過 Nano,直接與西門子的這類產品進行整合,實現通訊與數據採集。

對於數據的分析,MindSphere 白皮書介紹比較簡單,只是在介紹了 MindSphere 融合了自己開發的 Sinalytics 分析平台。這個平台與 Predix 平台非常類似,整合了遠端維護、數據分析及網路安全等,一系列現有技術和新技術,還能夠對機器感應器,產生的大量數據進行整合、保密傳輸和分析。

不過西門子提供的資料表明,Sinalytics 分析平台主要是提升對燃氣輪機、風力發電機、列車、建築和醫療成像系統的監控能力。

但經過 2017 年的發展,西門子已經對 MindSphere 平台的數據分,析和應用開發能力做了重大優化。西門子透過與 IBM 進行合作,將 Watson Analytics 融入到 MindSphere 中,為 MindSphere 提供了多個分析工具,包括預測分析、規範分析和認知分析。

在漢諾威工業博覽會上,西門子展示約 50 種工業 APP,包括了降低安全風險,提升互聯設備和工廠的可用性等功能。除此之外,西門子正在與源訊、埃森哲、Evosoft、SAP 和微軟,以及亞馬遜雲端服務(AWS)和 Bluvision 等,新的合作夥伴進行合作,強化工業 APP 產業生態的建構。

MindSphere 平台向下提供數據採集 API,即支持開放式通訊標準 OPC UA,也支持西門子和第三方設備的數據連接;向上提供開發 API,方便合作夥伴和使用者開發應用程序。

MindSphere 平台應用開發,也是基於 Cloud Foundry 框架構建,即搭建完整的大數據預處理、儲存及分析的技術框架,也融合了西門子以前,在若干個領域,累積的分析模型與算法,也提供開放的接口,便於使用者嵌入滿足個性化需求的分析算法模型。

MindSphere 平台,是目前最貼近製造企業工業自動化,應用需求的工業網路平台。西門子本身就是一家製造企業,生產製造一些關鍵的工業自動化設備。

因此,既能準確的把握製造企業的應用需求,也能透過對工業設備的技術和生態,掌控構建滿足製造企業需求的工業網路平台。這決定了 MindSphere 平台,必然是當前製造企業的優先關注對象,和應用實施的首選。

(3)ABB —— Ability
ABB 集團全球 CEO 史畢福,將 ABB Ability 工業雲,定義為從設備、邊緣運算到雲端服務的跨行業、一體化的數位化解決方案。具體來說,ABB Ability 工業雲端平台就是「邊緣運算+雲端」架構,邊緣設備負責工業設備的接入,對關鍵設備的參數、值和屬性進行數據採集,由 ABB Ability 邊緣運算服務進行數據的處理和展現,最上層雲端平台,用來對工業性能的高級優化和分析。


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4 ABB Ability工業雲平台架構

從發佈產品白皮書看,ABB Ability 按照「金字塔型」劃分為四個層次,分別是底層的設備與感測器,中間層的自動化系統、端到端的工業/企業數位化解決方案,以及最上層的開放的工業雲平台。從四層架構體系,看基本涵蓋了工業網路平台定義的功能。

1)底層的設備與感測器
ABB主要業務是電力和自動化,ABB Abilit y工業網路平台,也是圍繞產業業務,建構對於底層的數據採集,ABB 主要是透過感測器來完成。

早在 2016 年,ABB 就推出的智慧感測器解決方案,將低壓電機與工業網路相連接,從而實現對電機的連續監測。感測器可以便捷地貼附在電機上,將電機震動、溫度、負載和能耗等關鍵數據傳輸到雲端。

一旦任何參數偏離標準值,它就會發出警報,從而使操作人員在電機發生故障前,採取預防措施。

通信連接由每台感測器內置的藍牙,透過工作人員的智慧手機,或者 ABB  Gateway 解決方案實現。雲端服務器進行數據分析,產生有用資訊,並將其直接發送到工作人員的智慧手機或客戶終端。

透過使用者終端,工作人員可以獲得趨勢數據、運行時間以及負載數據等,用以優化運行維護計劃。這些狀態與性能數據,可以幫助工廠,降低電機整個生命週期的總體成本,從而延長電機的工作時間和使用壽命,並提升電機性能和效率。

2)中間層的自動化系統
ABB Ability 工業雲平台的自動化執行環節,是由 ABB Ability 系統 800xA 來完成的,這是一款集 DCS(分布式控制系統)、電氣控制系統,以及安全系統於一體的協同自動化系統,幫助客戶提高工程效率、操作員效率和資產利用率。該系統包括 800xA DCS、 800xA 安全、800xA 電氣控制。

3)端到端的工業數位化解決方案
ABB Ablility 工業雲平台支持的行業應用包括:面對資產密集型行業的績效管理解決方案;針對流程工業的控制系統;針對機器人、電機和機械設備的遠端監測服務;用於建築、海上平台和電動汽車充電基礎設施的控制解決方案;以及滿足數據中心能源管理,和遠洋船隊航線優化等,需求的專業領域的解決方案。

4)開放的工業雲端平台
ABB 已經與微軟達成策略合作,將依託於微軟的 Azure 平台,提供工業雲服務。ABB 與 IBM Watson 已經展開合作,計劃為 ABB Ability 平台提供工業數據計算和分析能力。

對 ABB Ability 工業雲平台的體系架構進行分析,其基本涵蓋了工業網路平台的四個基本功能,但在工業分析能力和應用開發能力方面,還有待完善。

同時,ABB 也正在透過與微軟、IBM 這些資訊技術領導廠商合作,強化平台對工業數據的處理和分析。ABB Ability 工業雲平台最適用的仍然是電力自動化,並在交通、數據中心、智慧建築、採礦業、石油化工以及製造業,得到了廣泛應用。

(4)菲尼克斯電氣 —— ProfiCloud

菲尼克斯電氣,專注做電子電氣接口與連接,從世界上第一片組合式接線端子開始,到現在可以為客戶提供連接器、殼體、功能安全、工業電腦、照明、標識、電源、防雷等全系列選擇。菲尼克斯電氣提供的 ProfiCloud 技術,可以讓 PROFINET 的使用者,在不添加任何硬體成本的情況下,輕鬆實現安全、快捷的底層設備間的互聯互通。


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5 ProfiCloud工業雲平台

對於實現設備之間的互聯,ProfiCloud 工業雲平台,主要透過一種叫做 ProfiCloud 耦合器的設備,安全地將本地 PROFINET 網路,連接到 ProfiCloud 雲平台上,同時也使 ProfiCloud 服務,可以在 PROFINET 中使用。

對於遠端的設備,則可以採用分布式控制器,透過網路與 ProfiCloud 相聯接。它就像 PROFINET 網路中的一個本地設備一樣可以直接使用,無需進一步的配置或編程。

在 ProfiCloud 平台上遠端的 PROFINET 子站,甚至都不需要控制器,所有的控制命令,都可以由本地 PROFINET 控制器發出,這樣為客戶節約了大量硬體成本。

ProfiCloud 設備的接入非常簡單,工程師只需在 ProfiCloud 雲端伺服器上,透過UUID(設備通用唯一辨識碼)添加 ProfiCloud 設備,並將分布在不同區域的 PROFINET IO 子站、交換機和雲耦合器「連接」在一起,就完成了設置工作,然後就可以像使用本地 PROFINET 設備一樣,對遠端設備進行組態和編程。

除 ProfiCloud 工業雲平台之外,菲尼克斯電氣還有開放式控制平台 PLCnext,PLCnext 可以讓各類工具軟體,如 Visual Studio、 Eclipse、Matlab Simulink、PC Worx 等,並行工作成為現實,並共享數據資訊資源。

透過將 PLCnext 開放式控制平台,與 ProfiCloud 工業雲平台的結合,使得來自產品開發、設備工程、生產部門的團隊,可以在新產品開發階段,就跨部門合作,協同配合,以便更快速地使用生產設備。

同時還可以結合第三方數據,如天氣數據、匯率數據等,這樣的功能能為某些風力發電、光伏發電、水利設施,及生產製造企業帶來便利。

除了支持 ProFinet 協議的工業設備的接入,ProfiCloud 工業雲平台也可以將智慧手機、智慧手錶等行動智慧設備,整合為虛擬的 PROFINET 設備,透過智慧終端,可以隨時讀取操作人員的心率感測器、重力感應感測器、電子羅盤感測器、三重陀螺儀感測器、溫濕度氣壓感測器等數據。

菲尼克斯電氣認為,在未來在智慧工廠內部,參與生產的將不僅僅是高端智慧製造設備,人機交換也不僅僅是簡單的透過按鈕和開關,智慧穿戴設備和連接智慧世界的通訊技術,將帶來更加高效便利的生產製造模式。

在安全方面,為保障工業設備之間的通信安全,ProfiCloud 工業雲平台中的設備之間的通信,都採用了 TLS(安全傳輸層協議)方式加密,簡單而安全的通訊機制,可以讓使用者輕鬆控制,分布在世界各地的設備及系統。

Predix、MindSphere 這些能廣泛支持,異構工業協議設備之間互聯有所不同,ProfiCloud 工業雲平台主要支持,以 ProFinet 工業協議為主的工業設備互聯。同時對照工業網路平台的四大功能,ProfiCloud 的重點在設備的接入和互聯,以及數據的採集和分析,在平台開發能力和建構工業 APP 產業生態方面,還有待進一步的完善。

(5)施耐德電氣 —— EcoStruxure

EcoStruxure ,是施耐德電氣推出的新一代物聯網平台。該平台將原有的三大解決方案融合到一起,包括電力行業的能效管理解決方案 PowerStruxure,機器製造行業的能效管理解決方案 MachineStruxure,工廠的能效管理解決方案 PlantStruxure,實現了從多維 Struxure 向 EcoStruxure 平台的統一。

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6 EcoStruxure工業物聯平台架構


從字面上來講,E 代表了能效,CO 代表了控制,EcoStruxure 就是我們能效管理平台的總稱。顧名思義,EcoStruxure 平台的主要功能,就是實現對企業的能源效率,進行有效的管理,以降低企業的營運成本。

EcoStruxure 物聯網平台共分三層,包括互聯互通的產品、邊緣控制以及應用、分析與服務。

1)互聯互通的產品層
EcoStruxure 物聯網平台,透過在斷路器、變頻器和制動器等關鍵設備中,嵌入感測器、計算系統、IP 網路和邊緣分析等功能,可以實現對設備的發現和加載、設備的配置和通信、設備數據的收集和儲存,並具備在設備層級,進行本地分析、便捷配置和升級更新的能力。

針對產品的互聯互通,施耐德電氣推出了Altivar Machine 變頻器,和 Altivar Process 變頻器。其中,Altivar 機器變頻器設計,用於滿足智慧機器的各種要求,並且能夠在簡單和複雜應用中,給予原始設備製造商對於變頻器的選擇指向。

Altivar Process 變頻器不只是一台變頻器,而是一款智慧型互聯互通產品,企業可以透過行動端訪問有關資訊,從而即時做出業務決策。

2)邊緣控制層
EcoStruxure 物聯網平台,實現位於本地或雲端營運的控制、管理、自動化和優化的各種構件。包括SoMachine、Mondicon M580 ePAC 控制器、Foxboro、Triconex、機器自動化。

SoMachine 軟體:是一款整合 Vijeo-Designer 軟體的開放、高效的專業軟體解決方案。它整合用於運動控制設備的配置和傳送工具,具備對現場總線配置程序、專家診斷功能和故障調試功能,以及維護和可視化等多重功能。

Mondicon M580 ePAC 控制器:是一款基於工業乙太網的可編程自動化控制器,其核心優勢在於透過最先進的 ARM 架構微處理器,將標準的乙太網嵌入自動化控制器,並且將它應用到現場總線、控制總線和內部的背板總線等,所有的通訊中,以及所有的設備和模組,例如配電、低壓電路板、能源管理功能等,從而形成一個完整的、真正意義上的開放網路,實現無縫的連接和通訊的優化。

Foxboro DCSFoxboro 系列控制與 I/O 設備能夠無縫整合現場總線功能,包括現場總線基礎、在現場的現場總線基礎控制、HART、PROFIBUS、Modbus。Foxboro DCS 無縫完整整合的控件,與一套功能強大的工具相結合。

Triconex 過程安全解決方案:為工廠提供全套的安全關鍵解決方案,和全生命週期安全管理理念與服務,保持企業安全可靠穩定運行與盈利增效的同步。

機器控制:可以實現對機器的協調控制或同步控制,適用於各種自動化系統和行業,包括各種自動化包裝機器、物料搬運、暖通空調控制、泵控、材料加工控制等。

3)應用、分析與服務層
EcoStruxure 平台提供,對基於開放 IP 協議備,最寬泛的容納能力,能實現雲連接,為控制、監視、遠端聯網和資產管理的應用、分析與服務的交付提供支持,這些全部都構建在微軟 Azure 物聯網套件之上。

EcoStruxure 平台的應用定位比較清晰,主要是提供電力系統及設備的互聯、狀態監控和效率優化。從功能上講,首先能支持較為寬泛的電力系統及設備的互聯,同時對設備的數據進行採集和分析。

實現了工業網路平台功能三個基本功能,即設備互聯、數據採集和儲存、數據分析及工業性能優化。但不提供基於 PaaS 的開放平台,也不支持企業自主開發工業 APP。

(6)艾默生 —— PlantWeb

2016 年艾默生推出了,經過擴展升級的 Plantweb 數位生態系統,這是一個基於標準的可擴展硬體、軟體、智慧設備和服務組合,它將數位智慧,進一步擴展到整個製造企業,並為現場應用,提供了一個全面的框架,幫助製造商在安全性、可靠性、生產力和能源方面,實現最佳績效。

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7 PlantWeb數位生態系統架構


從整體架構劃分,最下面一層是數據層,主要是利用艾默生廣泛的測量儀表,實現對工業運行狀態的全面感知,包括傳統的溫壓液位、閥位監測、振動監測和腐蝕監測等。

中間層是傳輸安全層,主要解決傳統數據的傳輸和儲存,以及通過應用 Gateway,實現異構設備的互聯和數據接入。接入端安全傳輸,運用一系列網路安全技術和設備,將各類儀表採集的數據,單向傳輸到 IT 平台供網路和雲端使用,同時防止外部數據侵入企業過程營運平台。

最上層是應用層,該層整合各種設備監控軟體,可以對設備的健康狀態、營運績效和能耗進行分析與優化。而且還可以支持行動應用,透過雲端服務,將整個工業物聯網平台的資訊,傳遞給專家,從而提供遠端服務。

PlantWeb主要功能模組:
普適測量:包括新推出的本安型溫度感測器、腐蝕監測感測器、中壓電氣保護及氣體洩漏探測設備。

Secure First Mile:艾默生的 Secure First Mile 是一種數據安全手段,使客戶能夠有選擇地,將高度安全的數據,從受保護的控制和操作系統(OT),連接到雲環境(IT)中的營運績效應用。

資訊平台:整合各種設備狀態監測軟體,每一個品種的設備監測,就是一個獨立的應用軟體,因此可以從單個設備資產類別監測軟體開始,逐步擴展到更多種類的資產設備監測。
Plantweb Insight 資訊平台,可獨立於現有業務系統和 DCS 運行,並為工業物聯網提供接入點。

顧問系統:整合的分析專家應用軟體,用於設備資產健康、性能建模和全廠範圍內的能源優化。目前包括機械設備顧問,、工廠性能顧問和能源顧問三個應用,可擴展到跨多個工廠的數千台設備,用於整個企業範圍的設備和能源分析。Plantweb Advisor 顧問系統可以在現場、公司內部雲平台,或第三方雲服務系統中運行。

設備管理平台:它可將多個業務系統中,設備的健康狀態數據,整合到一起,並根據企業管理人員的不同需求,將數據推送到他們的電腦和行動設備上。

行動應用:DeltaV 行動應用使用戶能夠安全地遠端監測他們的過程,並接收自定義的過程警報通知。AMS Trex 設備通訊器,是一款適合維護技術人員使用的,堅固耐用的工具,適用於嚴酷工況環境,在不干擾生產的情況下隔離並修復問題。AMS Asset View 基於職能的警報系統,確保了負責可靠性的員工,接收到重要且相關的警報,以確保對生產至關重要的資產,處於正常運行狀態。

遠端支持服務:指支持工業物聯網的雲服務,可用於實時監測重要設備資產的健康狀況、能源消耗,以及其它和營運相關的應用。可以對用戶的設備資產、營運性能、具有優先級的維修,以及設備狀態趨勢。進行連續監測,並提供報告。

微軟雲服務和物聯網方案:艾默生將基於雲的 Microsoft Azure 物聯網套件進行了標準化,以實現 Connected Services 遠端支持服務,使得 Plantweb 數位生態系統,能夠提供一個安全、靈活的平台,從而與企業內部雲網路和第三方雲服務連接。

艾默生的產品線主要包括工業閥門、儀器儀表,以及針對過程與離散製造業的工業控制化系統,如DCS、SCADA等。這些產品大多部署於,工業生產的各個狀態監控節點,這決定了艾默生有能力從企業的生產過程中,獲得即時的感測器數據,為艾默生建構工業物聯網平台,提供了堅固發展基礎。

從技術上講,PlantWeb 數位生態系統屬比較成熟的平台,也是當前比較領先的,針對流程行業的工業網路解決方案。可以透過遍布工業生產過程的工業閥門、儀器儀表和工業自動化控制系統採集工業數據,並對工業數據分析,實現對生產過程的配置優化。

(7)霍尼韋爾工業物聯網

霍尼韋爾將工業物聯網定義為一個六層的立體架構,由下而上包括即時感知層、數據連接層、接口層、雲服務層、分析計算層,以及應用層。霍尼韋爾的工業物聯網解決方案,可以用‘1-2-3’來表示,即 1 個生態平台、2 種數據連接方式、3 種應用。


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霍尼韋爾工業物聯平台架構

在霍尼韋爾的六層架構中,感知層、邊界設備和 Gateway,主要實現設備的互聯網,霍尼韋爾主要透過 Sentience 工業軟體實現對數據的採集、分析和挖掘,該平台包含有數據的安全協議,和數據分析軟體,是連接工業物聯網數據連接層、接口層和雲服務層的重要工具。

其連接方式主要透過兩種方式:

1)透過已有的現場即時監測設備、自動化系統和資訊系統來獲取,如智慧感測器、智慧變送器、油氣行業灌區的液位儀、油氣的超聲波流量計等。這些設備本身就攜帶大量的數據,可以透過設備連接到霍尼韋爾的物聯網平台上。

2)將現場的設備,直接透過 OPC UA 送到雲端的數據中心,進行數據分析。OPC UA 是霍尼韋爾數據連接和管理的協議,它提供了一種開放的網路數據的連接,既可以帶上下文,也有相應的數據安全。

在數據分析和應用層面,霍尼韋爾主要通過數位智慧的分析平台,該平台可以幫助客戶採集所需的數據,進行可視化的發展趨勢分析,得以與其他使用者協作,預測和防止設備故障,並能夠採取行動做出業務決策。除此之外,霍尼韋爾還提供自己開發的,針對行動工業應用的 APP 軟體,確保了工廠的經理、主管等營運人員,與企業時刻保持互聯。

在應用開發層面,霍尼韋爾提供 Matrikon OPC UA 軟體開發工具包,這是一個不受平台、操作系統或大小限制的整合工具包,能夠幫助用戶快速、輕鬆地,實現工業軟體系統間的互聯互通。

霍尼韋爾工業物聯網平台發展願景是「至聯致遠」,這個策略口號蘊含的是,對連接手段和數據獲取的重視。在應用開發層面,霍尼韋爾目前只為企業提供,基於 OPC UA 的軟體開發包,以支持異構設備的接入。但霍尼韋爾正在透過搭積木式的方式,不斷從軟體層面尋求平台功能的突破。

(8) 庫卡 —— KUKA Connect

2017 年,KUKAConnect 平台正式推出,這是一個基於訂閱的平台,不需要進行軟體安裝。KUKA Connect 平台目前提供兩種可用的服務。


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9 KUKAConnect平台架構

第一種是 KUKA Connect Lite。提供的功能包括:狀態監控、設備維護提醒、機器人 ID 辨識數據、控制器數據、規格說明、用戶手冊、管理員控制台、機器人清單。

狀態監測:實現對接入平台的庫卡機器人的系統狀態進行監測。

機器人 ID 辨識數據:根據機器人 ID 資訊辨識數據。

管理員控制台:透過管理控制台,實現對各種設備狀態的集中展示和操控。

多國語言支持:支持英文、中文、德文等主要系統版本和語種。

維護日誌:保存所有系統及設備維護記錄。

第二種是 KUKA Connect Plus。除了上述功能之外,還能提供的附加功能包括:機器人即時狀態提醒、即時故障提醒、可導出的數據報告、即時故障維修與記錄、全面的設備日誌、機器人 4D 可視化模型。

機器人即時狀態提醒:可即時的透過後台查看機器人狀態。

可導出的數據報告:可導出設備狀態運行的數據報告。

即時故障提醒:即時的進行故障提醒,避免因設備故障造成損失。

即時故障維修與記錄:提供即時維修的功能,並對維修過程資訊進行記錄。

全面的設備日誌:提供詳細而全面的設備狀態,及維護維修日誌供查閱。

機器人 4D 可視化模型:能夠透過平台,虛擬展現即時生產場景下的機器人運動狀態模型。

除了以上談到的功能之外,KUKA Connect 還可以透過與 Nebbiolo 技術的結合,使用 fogNodeTM 計算設備,實現端對端應用能力,從而安全地在機器人和雲平台之間搜索、交換、轉移數據。

從 KUKA Connect 平台架構看,庫卡的的策略十分明確。即透過搭建雲平台,接入應用廣泛的機器人設備,採集機器人工作狀態和運行數據,實現工業機器人狀態的即時監控,進而做到性能的優化與分析。

KUKA Connect 是一種包月服務,製造企業可以自主選擇是否接入,一旦接入就按照服務功能支付費用。

同時庫卡還與第三方合作夥伴開發工業 APP,創造圍繞 KUKA 機器人的工業生態。


認為,相對主流的工業網路平台,KUKA Connect 平台的結構簡單,功能明確。既能實現對產品的性能監控,也可以透過公有雲平台遠端服務客戶企業。

從功能上講,KUKA Connect 就是典型的公有雲服務平台。與工業網路平台存在明顯的本質區別。

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