谁说“IT 不理解 OT”?开放自动化来破局!

发布时间:2021-06-24 09:16:15 来源:精工智能 作者:admin

本文来源:csdn


随着工业化和信息化融合的进程不断推进,工业化加快向数字化、网络化、智能化方向发展,信息化加快向云计算、大数据、人工智能方向演进,二者形成历史性融合趋势。
在政策上,先后出台的《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,标志着中国两化融合政策体系基本形成。工业和互联网创新融合成必然趋势,将共同促进以消费驱动生产和销售的**营销和个性化定制,为重塑生产过程,为制造业添砖加瓦。
工业领域涉及的硬件设备种类众多,软件分类和接口协议不一,开发者技术门槛较高。且工业封闭的专有自动化平台不利于多元化自动化系统集成,随着  IT 技术日新月异的发展,在两化融合的过程中,可能存在“IT 不理解 OT”“OT 不理解 IT”等障碍,行业亟待开放、互操作的 IT/OT 融合解决方案。
 
IT、OT 大融合趋势下,壁垒重重
 
在 IT 领域,由于开源、云计算等技术的应用,有大量通用、开源的平台快速实现各类应用。然而由于传统控制领域相对封闭,一直以来其技术架构可满足自身特征即可,尽管自动化系统厂商提供硬件 PLC、传感器、变频器、运动控制卡、HMI 软件、电缆、SCADA 等技术,但各厂家存在不兼容现象。
其次,由于工业领域的复杂性,对系统架构的稳定性、可靠性、安全性要求极高。此处与互联网要求的信息安全不同的是,工业领域必须保证生产中的人员和财产安全,所以在架构演进上是自下往上推进,需先保证数据连接、传输可靠、信息成功采集后,再考虑优化智能算法等。这与 IT 领域的期待的顶层设计、敏捷开发截然不同。
在两化融合的过程中,IT 与 OT 的技术架构设计、编程方式、系统使用习惯、技术术语存在差异性,将可能导致重重壁垒。例如当 IT 工程师将大数据、AI、容器、微服务等新技术,幻想使用相同的技术架构有效应用在工业领域,可能首先就发现难以获取自动控制系统中的数据,面临“大数据没有数据”的尴尬。
该如何利用 IT 前沿技术来助力发掘 OT 价值?
回顾以往 IT 领域的发展,从大型机到小型机、再到微型机、PC 机、手机,从“软件吞噬世界”到“开源吞噬世界”,我们观察到,均是从传统软硬一体专用系统,演进到软件解耦的开放系统,帮助企业和开发者提高原有的工程开发和运营效率。
对此,施耐德电气高级副总裁、工业自动化业务中国区负责人庞邢健表示,“推动工业自动化达到更高水平的关键因素不仅仅是合适且灵活的硬件架构,更是可复用可移植的软件体系。随着计算能力和互联互通能力的不断提高,软件驱动的工业自动化已经成为可能。我们认为实现软硬件解耦,可互操作、可移植的应用软件将成为工业发展的主要推动力量。”由此可见,欲加速 IT、OT 融合,离不开开放自动化。

 
开放性标准 IEC61499, 连接 OT “最后一公里”
 
如何构建开放自动化系统?
拥有 38 年 IT 从业经验资深技术专家姚远曾在《理想的开放自动化》一文中谈到,应在以下方面发力:建立更加开放通信协议和信息模型、标准化的设计语言及其运行环境、软硬件解耦、与 IT 技术充分融合、跨平台 HMI 等。
他进一步介绍到,从 IT 工程师的角度来看,IEC61499 标准主要解决分布式工业控制系统的开发而设计。其主要特点有:一是面向分布式工业测量与控制的标准,是一种分布式系统编程方式;二是基于事件的概念,使程序设计具有确定性和实时性。
作为开放性标准,IEC61499 标准中规范的功能块是一种图形化的数据流程序设计方法。在工业控制领域,很早以前就引入了图形化编程梯形图,随后添加了功能块方式、结构化文本等,形成 IEC61131-3 标准,IEC61499 就在这种图形化编程基础上发展起来的分布式系统编程方式。
IEC61499 标准采用了面向对象程序设计的编程理念和软件组件化思想。由于未指定编程语言,可使用 C++ 等多语言来编写,同时兼容 IEC61131-3 的编程语言。IEC61499 标准的应用程序编程类似于 IEC61131 标准中的 CFC,但其图形显示能力大大提升了可读性。
如此一来,IT 工程师以功能块库的形式为 OT 领域提供增值服务的软件,用的依然是 OT 工程师所熟悉的方法,故 IEC61499 被称为连接 OT “最后一公里”。
如今,IEC61499 标准诞生有 15 年了,原来是学术研究居多,真正应用到商品化,在工业领域里长期运营的系统较少,其中专注 IEC 61499 的应用开发和产业化的 nxtControl 是其中的佼佼者。
2017 年,施耐德电气独具慧眼收购 nxtControl 后,成立由机器自动化、工厂自动化和过程自动化的产品管理和研发人员组成的“孵化器”组织,结合施耐德电气和nxtControl 的技术,推出“即插即用”的开放性平台——EcoStruxure™ 开放自动化平台,这是以软件为中心的全新工业自动化系统,开放的平台将软件与硬件解耦,从根本上提高系统的敏捷性和可扩展性,有效降低 IT 向 OT 技术融合的难度,解决工业物联网里“研发的最后一公里”。
 
近半个世纪厚积,EcoStruxure™ 开放自动化平台出鞘
 
追本溯源,施耐德电气长期致力于推进开放:
早在 1978 年,施耐德电气发明世界首个工业开放通信协议 Modbus,如今已成为工业通信领域的业界标准。
1996 年,推出基于 TCP/IP 以太网的Modbus TCP,这是第一个成为国际标准的 Modbus 以太网协议。
上世纪九十年代提出“透明工厂”理念,旨在通过开放的网络、控制器、软件帮助企业打通从 IT 到 OT,从 OT 到 IT 的数据。
积累近半个世纪在自动化开放的经验,2020年底,施耐德电气重磅推出 EcoStruxure™ 开放自动化平台(EcoStruxure™ Automation Expert)。该平台不能简单理解为一个软件,而是软硬件的系统。提供一体化的开发工具用来开发工业自动化应用程序,提供系列自动化硬件,如支持分布式控制的ATV系列变频器等;拥有统一的标准运行环境,可以运行在基于Linux/Windows 的IPC、基于 Linux的嵌入式设备上,还提供库文件等。
所以EcoStruxure™ 开放自动化平台能带来:
1、在独立于底层硬件基础构架的情况下,采用以资产为中心、可移植且在使用过程中得到验证的软件组件,来构建自动化应用程序。
2、允许用户将应用程序分配到所选的任何系统硬件构架,且只需少量甚至无需任何额外的编程工作。
3、支持现有软件最佳实践,简化可与IT系统互操作的自动化应用程序的创建过程。
4、支持面向资产的动态建模,并以图形化的开发方式对整个系统从建模到开发再到部署,轻松实现。
5、支持传统的自动控制功能的实现,也支持基于数据分析的高级应用软件,例如先进过程控制APC,预测性维护等,将这些应用软件部署在边缘侧。
通过对硬件和软件全生命周期的解耦,EcoStruxure™ 开放自动化平台支持使用以资产为中心、可移植、经验证可使用的软件组件来构建自动化应用程序,而无需依赖底层硬件基础设施。这种以软件为中心的方法大大降低了成本,同时提升性能,并通过自动化执行低价值任务及消除工具之间的任务重复,使工程师得以自由创新。
通过与预测性维护、数字孪生和其他先进技术的轻松集成,EcoStruxure™ 开放自动化平台能够逐步改善资产和人员效率,如:
1、应用程序创建速度提高2~3倍
2、故障排除和系统诊断的速度提高2~6倍
3、应用程序映射到新硬件资源的速度提高2~7倍        
尽管推出时间不到一年,ARC 在《开放自动化之路》中指出,施耐德电气 EcoStruxure™ 开放自动化平台基于开放自动化的愿景和 IEC 61499 标准,既是高效的控制系统设计工具,又是未来时代的前驱,自动化软件在可移植性和硬件独立性方面将达到全新水平
 
V21.1 版本最新升级,将开放自动化进行到底
 
在刚结束的施耐德电气绿色智能制造创新峰会上,施耐德电气发布最新 V21.1 版 EcoStruxure™ 开放自动化平台,该版本提供了全新的中文版本选项,增强型信息安全、诊断、发现和调试等功能和扩展库。
同时坚定以软件为资产核心,面向未来工业的下一代技术,EcoStruxure™ 开放自动化平台将帮助具备不同自动化基础的企业助力快速实现数字化转型,提供涵盖食品饮料、物流等多个行业丰富的可复用的行业库,实现效率、灵活性和可持续性的提高。
例如在帮助 Synesis 公司转型上,EcoStruxure™ 开放自动化平台在结合数字孪生技术,通过建立实体资产的虚拟复制体,增强自动化软件的功能性,有效节省工程师至少 50% 花在软件开发上的时间。 
食品加工行业规模最大的技术供应商之一基伊埃集团(GEA),聚焦于技术、组件和可持续的解决方案,以满足不同最终用户市场的复杂生产流程对上市时间及敏捷性的高要求。EcoStruxure™ 开放自动化平台简化其 IT 与 OT 之间的集成,使基伊埃及其客户的敏捷性显著提升,这正是食品行业尤为需要的。
施耐德电气全球高级副总裁,下一代自动化负责人Fabrice Jadot 表示:“V21.1 版 EcoStruxure™ 开放自动化平台是我们在助力制造商通过数字化方式推动工业自动化,最终实现阶跃式提升过程中的一个重要里程碑。如今的业务在面对瞬息万变的市场和环境变化时,必须实现迅速响应,并尽快降低潜在风险。”
在实现打通IT、OT 融合的道路上,期待更多开发者和用户共同参与进 EcoStruxure™ 开放自动化平台,共建生态。


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