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现有的工控系统如何向物联网平台演进?
wangying | 2017-11-03 15:36:21    阅读:2958   发布文章

——Titamiun Control把计算从云带到边缘,实现边缘虚拟平台

   目前,工业控制系统正从传统的复杂无序的控制系统,向简化、整洁、开放的物联网控制系统演变(如图1)。二者的区别是:过去各个OT(操作技术)和IT(信息技术)设备是分立的,而现在控制端在云端(如图1右侧)。图1中,黄色框是运营/操作功能(OT),蓝色框是典型的IT功能,包括监控体系、资产体系等。

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1 传统控制系统向物联网控制系统演进

    图1左侧黄色产品块来自GE、西门子、施耐德等公司产品。现在的任务是把这些实体的小盒子变成虚拟的,放到云端上,从而实现系统的简化。例如,过去没有虚拟化,需要增加一个功能就要增加一台服务器,其缺点是过去一台服务器也许不能用满,会造成服务器资源的浪费。现在同一个大盒子按照资源量进行虚拟功能分块,可把资源集成在一台服务器上。

    从左到右的演变可能需要5~10年时间。时间长短主要取决于商业模式的问题,例如有的公司刚购置了一个黄色小块的功能,为了实现投资回报,不可能把以前的设备全部推倒重来。另外,新技术的应用也需要时间,例如核电厂的测试需要花费时间。再有不同行业的科技应用速度有快有慢。

        云与边缘的关系

    云是无处不在的。我们身边的产品就有云服务,例如手机和电脑用到了云服务。云服务提供商有美国的微软Azure、亚马逊AWS等公司,中国有BAT(百度阿里腾讯)等。

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2 物联网从云到边缘的框架

    图2右侧是云,左侧是边缘(Edge),中间是二者之间的转变。广义上,云无处不在,除了右侧的云,还有云与边缘交界处的混合云,边缘的网关和虚拟平台。  

    边缘有Fog(雾)和Mist(薄雾)。那么为何有了云,还要有边缘计算?首先为了节省时间,一些计算/尽可能放在离设备近的地方。例如机器人要执行任务:拧一个螺钉,把控制功能放在云上,再从云到设备再返回到云,耗时较长。其次是监管的需要,例如中国开个工厂,例如核电厂,把数据放到美国的云上,是不太合理、合法的。再有就是边缘会产生海量的数据。据统计,在边缘生成的数据99%被扔掉了,因为数据量太大,不能送到云端上,例如电机产生的数据量可能会在短时间内达到TB级别的数据量。

    与普通边缘不同,工控系统的控制端还需要安全和高效的特点。

Titamiun Control定位工控/边缘

    为了满足边缘虚拟化平台(图2红框)的需求,风河2017年推出了Titamiun Control产品。风河公司行业解决方案部门高级总监Ricky Watts先生近日来京,向电子产品世界的记者介绍了Titamiun Control

    实际上,风河Titanium家族有三款产品:Titamiun Cloud, Titamiun Edge和Titamiun Control。前两款基于通信/电信,后者定位工控等边缘设备。

    由此可知,Titamiun Control基于Titamiun Cloud的整个生态系统而产生的,特点是高可靠性和低延迟性。另外,工业市场需要有针对性的产品,例如水电气等系统对安全性和可靠性要高,为此,Titamiun ControlTitamiun Cloud的安全性更强。

     Titamiun Control的特点

Titamiun Control软件有如下特点。

*开源软件。计算节点的应用和服务从Windows展开。之前是在Windows上运行,现在可以让系统快速高效地转到Titamiun Control平台上。无论是PLC还是SCADA(监控和数据采集)等其他服务,可以毫不费力地转到Titamiun Control上。(如图3上侧)。这样可以纵向在云平台上集成。

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图3 Titamiun Control工业云平台

*利于硬件升级和安全更新。Titamiun Control软件有三层集成系统,这对工业客户十分重要,例如二三年后可替换硬件平台,又不会对网络产生影响。在安全方面,增加安全性能时不会对整个系统造成干扰。总之,Titamiun Control的宗旨是提供与之前一样好甚至更好的性能。

*实时性。在物联网边缘希望始终实现实时的要求。

*安全。在安全方面有些特别的功能。

         三层安全架构

    众所周知,传统系统中有套特有的方式保证安全,而Titamiun Control有三种方法确保安全(如图4)。一种是自上而下的经典安全模型,例如像笔记本电脑的开机,需要密码认证。

    第二种差异化的方式是自下而上,有受信平台模型(TPM)。如果一个软件没有解密密码,软件就无法安装到平台上。所以图4下侧蓝框部分如果没有密码就无法安装。

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图4 三种保证安全的方式

    第三种是穿越整个系统。Titamiun Control有ITA(集成测量架构),在系统运行过程中,如果有人想登陆或改变数据,软件会模拟并自动关闭系统。

          应用案例:水处理系统

    Titamiun Control的系统平台可用于公用事业,诸如水处理和发电等,特点是高安全性。

    图5是水处理使用模型。无论是地下取水或回收水等,都要确保系统安全。在水处理过程中需要用到水泵和检测器等,需要用到模拟器(simulator),把运转过程放到模拟器上去模拟运转(图5中),即把它放到Titanium Control上。为何这么做?因为Titanium Contro平台能尽可能接近工厂中的实际情况。如果在模型器中运转良好,就会复制到真实的工厂中(见图5蓝色箭头)。绿色箭头是把模型复制到真实工厂之后,会衡量结果,同时和模拟器中的结果对比。

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图5 水处理使用模型

    现在模型系统和操作系统是分开的。但是随着技术可用性更高,可以把模型系统和实际操作系统放到同一平台上。

    目前此过程还是手动/人为过程,需要很多人参与,最终将实现系统的全自动化,无需耗费人力。尽管这是未来的目标,但相信会很快实现。

    通过此案例,可以看出Titanium Contro在物联网中扮演中重要作用:把计算带到边缘。

            小结

传统工控系统向物联网化演进是个漫长过程,需要虚拟化平台具有开放性、可扩展性与安全可靠等特点。风河的Titanium Control产品满足了此类应用。

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