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基于云端的IoT集成解决方案

供稿:宜科(天津)电子有限公司 2016/9/19 13:09:29

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IoT时代,要实现工业设备中多屏、移动的人机交互,构建工业物联网架构,基本需要这几个主要部分:

I. 具备感知的现场设备(传感器或者智能设备)

II. 从现场到网关的信号通路

i. 现场设备自带总线端口

ii. 或者通过控制器中转

III. 接入 internet 的网关接口,作为从现场到云服务的数据通道

IV. 基于 internet 的云服务器

V. 客户端用户界面 UI(User Inerface)



我们基本上可以认为这是一项横跨“工业自动化”和“互联网 IT”的系统集成,这其中包含了从工业控制、现场总线、互联网、通讯、数据库、服务器、软件乃至大数据分析等多项复杂技术领域。

现状

这两年,随着工业4.0和中国制造 2025 的推进,各种工业IoT和远程服务类产品层出不穷、方兴未艾,但如果我们仔细观察就不难发现,目前大部分的工业物联网解决方案仍然是非常基于现有传统自动化系统和架构的。


首先,IoT的基础之一,就是最后一个字母所代表的 “Things”,在工业物联网中的“万物”当然就是现场的传感、设备和各类智能部件了,而目前这些工业设备 I/O 组件主要都是由各大自动化产品公司提供的,同时这些产品设备之间的连接更多的是倾向于使用各自的自动化系统总线。也就是说,现在现场设备与“云端”的联结仍然需要先借道现场总线,然后在通向云端时借助网关将设备系统接入互联网。



所以,基于这样的现实,现在我们看到的很多“远程”“IoT”解决方案,通常提供的都是一套可以与现有自控系统配套的网关与其背后的云端服务器,实现将设备中现有运行数据传送到云端服务器并进行结构化存储的功能,注意粗体字部分的“现有运行数据”,就是说搭建这样一套“IoT”系统的前提是必须有设备控制系统,并且控制器和总线都得是这个网关“认识”的。


另外,就目前看来,很多的“远程”“IoT”产品,基本上解决了从设备现场到云端的数据传输和存储的功能,但对于信息和数据的展示,尤其是在移动端的展示和人机交互,尽管某些厂家的确提供了客户端展示功能,但往往都是基于标准界面的页面展示和基本功能交互,行业深度仍然不够,当然就更谈不上什么大数据分析了。如果要基于应用场景展示数据图表,需要比较深度的客户端开发,而这往往并非这些服务提供商提供的常规服务。


所以,对于目前市面上的工业“IoT”产品和服务的认识基本可以这样看:

• 使用通用的工业设备的 I/O 组件

• 需基于本地设备控制系统的集中数据采集并预存储

• 需借助通用网关接入互联网,将本地控制系统数据发送至云端二次存储

• 云存储与数据呈现需单独进行二次深度开发


问题

正如本文开头所说,这是一项横跨“工业自动化”和“互联网 IT”的系统集成,因此,要实现并达到完整的IoT物联网使用体验,对工业制造企业来说,第一个问题就是要面对来自不同技术领域的多个供应商,而这些供应商可能来自工业控制、现场总线、互联网、通讯、数据库、服务器、软件...等等方面。这其实对我们目前的制造企业来说,无论从成本、管理和技术能力等各方面来说,都是不小的挑战。



同时,当下IoT产品大部分是要依赖设备控制系统和现场总线实现数据连接的,这其实让工业物联网应用难度和门槛增加了不少。比如,如果我们的设备现场没有完整的控制系统和现场总线,甚至连控制器都没有,是否还需要先做控制系统集成再升级到物联网呢?再比如,如果云端需要的数据,在现有控制系统中没有对应的运行数据,必须先重新配置设备控制系统,可能要包括从现场设备(如传感器)布置、接线到参数调整一系列工作,这些工作交给这些IoT的服务商靠谱么?


IoT过度依赖于设备控制系统,大量决策信息与设备控制信息并行其实对控制器提出了极高的挑战,尤其是未来的IoT系统将承载大量可能与控制无关的现场感知信息,而这些信息对控制系统而言,可能并不是必须的。


另外,这样的IoT系统需要通过本地总线、交换机、控制器和网关等多个步骤才能实现现场与云端的数据连接,涉及的软硬件等中间环节非常多,因此维护运营成本自然也是较高的。



其实,从目前IoT的市场现状看,我们现在市面上能看到的大部分“远程”“IoT”解决方案,都仅仅实现了将传统工业控制系统与“云”的联通,但事实上联通的体验还有很大需要提升的空间;并且仅以现有标准产品组合,是很难满足制造行业的复杂多变的应用需求的。


需要

当下需要解决的并不是IoT能不能实现“万物互联”的问题,而是关于如何帮助用户获得一个简单易用和恰到好处的IoT解决方案、并提升整体应用体验的问题。或者说目前很多制造企业所需要的IoT产品和服务,应该具备能够帮助企业实现简化和优化设备联接与信息互通的一些特质。


1. 来自单一IoT系统供应商的一站式IoT系统集成服务。

用户需要这样的单一IoT系统提供商,不仅有从现场到云端的一整套IoT软硬件产品组件,同时能基于这些产品提供完整的IoT解决方案。这一点我们倒是可以借鉴一下工业自动化领域系统应用的经验,在很多行业早期开始引入自动化系统时,自动化产品厂商基于自身产品系统架构为行业用户提供 Turn Key 的自动化系统集成服务,成为自动化系统提供商,而后来随着行业应用的成熟和发展,逐渐出现各个行业的基于各大自动化产品架构的系统集成商。同样,现在的工业物联网也需要能够提供完整IoT产品的供应商,同时扮演系统提供商的角色为用户提供一站式的IoT系统集成服务,未来随着工业IoT的逐步进化,应该也会涌现出一批基于标准平台的工业IoT系统集成商。



2. IoT系统的搭建和数据的联通,应能够不依赖于已有的控制系统和现场总线

对于应用现场控制系统基础较薄弱或者根本不具备本地控制系统的场合,IoT系统提供商应能够帮助用户实现数据的现场设备埋点以及搭建本地与云端的数据交互通道。


对于已有控制系统的现场,不仅需能够提供灵活埋点和云端数据连接,同时应能够与现有的本地系统联通并实现数据对接,这就要求IoT系统提供商,不仅仅能像传统IoT服务那样提供与通用工业系统对接的标准网关接口,同时有能力针对非标或者特殊领域的系统进行网关接口的订制开发。



3. 扁平化的IoT系统架构。

也就是说,从云端到现场的数据交互,应尽可能的减少中间环节。这样就可以帮助用户减少大量系统运营和维护时间和成本。


与其说这些是对未来IoT产品和服务提出的需求,倒不如说是对IoT系统服务商能力上提出的挑战。面对这样的需求,短期内,我们将必然需要专业的IoT系统提供商“Turn Key”式的服务,用户可根据自身应用状况,菜单式订制一站式IoT服务,而供应商针对用户需求,量身定制专属的物联网系统;而从中长期看,随着行业发展的成熟,垂直行业将会出现一些“资深”的IoT系统集成商(或开发者),此时IoT系统产品提供商的模式将从 Turn Key 模式转变为“平台化”运营模式,为IoT系统集成商、各类服务商和用户提供优质的IoT产品,不断迭代和优化IoT系统平台,提升用户开发与运维的应用体验。

进化ing

记得去年这个时候,Elco曾经发布过一款名为 Spider67 Mobile 的无线 I/O 产品,让大家产生不少IoT猜想。



它已经可以通过内置的、接入 internet 的网关将现场的 I/O 信号与其背后的云端进行数据交互,就是说通过 Spider67 Mobile 和其所基于的ElcoCloud云平台搭建的IoT集成系统,已经不需要依赖于设备现场总线和控制系统了。


不过,这款让大家产生不少IoT猜想的标准产品,仅仅是一个开始。为了打造更完整的系统和灵活多样的产品组合,从而不断满足用户的工业IoT的各种需求和提升应用体验,Elco方面近期对 Spider67 Mobile 和ElcoCloud有了全新的战略布局,发布了其全新的“基于ElcoCloud的IoT集成开发解决方案及服务”(以下简称Elco-IoT),而 Spider67 Mobile 其实只是Elco整个IoT集成系统中的一环。



从Elco-IoT提供的产品范围看,Elco-IoT提供的产品包含了:

1. 标准IoT芯片级网关、标准现场网关接口、Spider67 Mobile等标准硬件产品

2. 云端数据存储、归档、追溯

3. 客户端界面展示模版与开发服务



加上我们知道Elco原本就是可以提供工业传感器等现场级工业组件的,所以,事实上,与传统的工业IoT等远程产品服务仅提供从网关到云端的数据联接不同,这样一个系统已经有能力打通现场感知、数据采集、网关接口、云服务器、用户界面 UI 这 5 个IoT系统基本要素了。



网络架构方面,Elco-IoT既可以通过其基于现场总线的网关产品实现设备与云端的数据互通,也可以借助 Spider67 Mobile 这样的产品直接将现场感知信号同步到云端,并经过数据分析后将信息展示到客户端。这对于很多正在运行使用中的设备进行IoT升级是有着重大意义的,因为这基本不需要对设备原有系统进行任何修改,也不会影响设备正常的生产运行。当然,能够这样直接将现场数据发送至云端,整个IoT系统也是非常扁平、简洁的。



为用户提供基于上述自身IoT产品的、一站式的IoT交钥匙项目解决方案,成为一个IoT的系统提供商,有可能成为Elco-IoT现阶段比较有效的一种服务方式,因为目前大部分用户的IoT技术集成能力并不强,并且市场上也很难找到比较成熟的IoT系统集成商;



但根据Elco-IoT的产品范围中的 Spider67 Mobile 和标准IoT芯片级网关,可以推测出Elco-IoT的另一种服务,就是基于标准IoT芯片级网关技术,为设备或产品制造商提供产品IoT化的定制开发。这并不难理解,因为 Spider67  Mobile 本身就是一款集成了标准IoT芯片级网关的现场 I/O 产品,那么掌握了芯片级的网关技术,还有什么产品不能被IoT化呢?


前者,提供IoT系统的 Turn key 服务,更多的是身先士卒对自身IoT技术和系统的示范和验证;而后者,产品IoT化的定制开发,则将有机会帮助Elco-IoT走向平台化运营,让更多用户受益于工业物联网的便利。



此外,宜科在此次Elco-IoT的发布中对其安全技术的架构做了比较详细的介绍,如上图所示,不仅在网关数据采集和传输通道采取了多种安全措施,比如网关密匙、加密算法、设备认证等等,同时在后台的数据存储、乃至客户端展示用的 API 数据接口也有很完备的数据安全部署。抛开具体技术细节不谈,仅从这样的系统安全架构看,采用的是目前非常成熟可靠的数据安全技术手段,同时安全模块的部署也已经非常全面细致了。



如果说此前引起我们注意的,仅仅是一只让我们产生不少IoT猜想的 Spider,那么从现在开始,我们有必要关注一下这只 Spider 正在织起的IoT网。


审核编辑(王静)
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