关于工业智能网关的探讨

中国的工业自动化经历了十几年的迅猛发展工业自动化现场部署着来自中国本土、美国、欧洲等各种国内外的技术和产品，存在以下方面问题：

(1)设备种类多、地域分布广、通讯链路杂；

(2)传输标准多样化: 设备层各种通讯(总线)技术，工业以太网/232/485/DP/CanBus/Zigbee/GPRS/WIFI/G3;各种标准、协议并存，如Modbus、IEC60870、IEC 61850、OPC、Profibus、Devicenet、Mbus等；

(3)部署、调试与维护管理的成本剧增；

(4)自动化技术已渗透到电力、市政、交通、楼宇农业等各个领域，原有的技术体系已远远不能满足需求。

企业也意识到了当前的状况，但是自动化与信息化两化融合工作又日益迫切，设备互联互通的工作量日益增大，风险也越来越大。大家之所以还在忍受现状的煎熬，是因为似乎没有更好的办法。但是真的没有更好的办法了吗？

一、智能网关承担的作用

众所周知，要实现物联网，首先要实现传感网络和互联网的融合。如何将多种仪表、多制式传感器和控制器接入移动网络和互联网络是实现物联网的关键。并且，面对大范围的接入，必须是一种标准、可用、易用、易维护的方案。这其实也正好回答了前面提到的如何解决企业当前面临的困局，即客观上需要有一种融合的物联网网关，该网关至少要具备如下功能：

(1)支持多种网络制式，具备多种行业接口，例如RS485、PLC、Zigbee等；能直接与传感网络的终端通信，汇聚各种采用不同技术的异构传感网，将传感网的数据通过通信网络远程传输。

(2)在上行通信层，应该具备普通互联网路由器的基本功能，通过有线无线多种连接方式连接 4G/5G 移动网络、互联网，以便灵活适配互联网；与远程运营平台对接，为用户提供可管理、有保障的服务，从而更方便地对生产、生活进行管理。

二、工业物联网网关技术探讨

在解决设备互联互通的问题上，破局的关键是平台化。

传统的两化融合普遍认可的结构是经典的三层结构，即PCS(过程自动化系统)、MES(制造执行系统)、ERP(企业资源计划系统)。

对于层与层之间，如何对接，基本没有标准可循，因此在项目实施中，都是八仙过海，各显神通的。在MES和ERP层之间相对比较好处理，因为同属于信息化范畴，而PCS和MES 层之间复杂性比较大因为PCS 层设备存在多样性。

如果在 PCS和MES之间，增加一个层一-ICT(信息通信平台层)，作为标准平台，则设备互联互通的标准化将成为可能。

ICT平台层是以工业物联网网关为核心构建的。工业物联网关担当起这一重要角色，需要具备以下优势及特点：

(1) 远程管理

工业物联网关是工业级无人值守型设备，可以由现场工程师或者安装工人而不是高级工程师进行安装。工程师可以在办公室内，对所有网关进行远程管理好调试，从而实现设备接入和维护。现场如果出现通信问题，可以第一时间进行远程诊断并尽可能远程解决。如此，现场出差的次数可大大减少，设备维护的周期和成本也大大降低，客户满意度也会提高。

(2) 稳定可靠

工业物联网关承担的功能，相当于网络中的神经元节点，所有的数据都依赖于这个节点，所以要求具备高稳定性。从设备角度来说，要求采用工业级设备、宽温、抗电磁干扰能力强；从网络角度来说，要求能够适用多种链路、复杂路径，能够在多种链路之间切换、互为备份；从系统角度来说，要求能够实现断线缓存等功能。

(3) 简单易用

作为产品级的解决方案，简单易用是必须的。无论是现场实施工程师、维护工程师，还是业主的设备、信息管理人员，通过简单的培训或自学，就应该能掌握产品的基本使用。可以通过以下措施来提升产品简便性。

采用完全可视化的拓扑结构图：配置过程用图表、向导等，界面友好、容易上手;

用驱动库的方式解决设备协议多样化问题。设备使用到的通信协议，种类是非常多的，网关如果只支持单一协议，无法体现“平台”的特性；

支持大量协议，又会显得臃肿，使用复杂。因此，采取“驱动库”的方式，是一个两全的办法。而且，驱动库是不断成长的，将会越来越丰富，驱动库也可以建设在云端；

基于脚本编写智能处理。除了集成常用的智能化应用，也可以提供脚本语言，使得用户可以轻松的实现自定义智能处理。

（4）降低成本

物联网关承担着海量设备接入的任务，将会被大量部署到现场。成本是客户满意以及项目成功的至关重要的因素之一。网关的成本构成主要有: 设备采购、安装部署、开发调试、运行维护等。而且随着人工成本不断上升，项目覆盖地域不断扩大后三者的比重上升最快。因此，网关的生产厂家必须一方面考虑降低硬件成本，另一方面要做好稳定性、易用性、易维护性等工作。

（5）安全互联

传统模式下，企业面临的问题除了前面提到的便捷性、稳定性和性价比问题外，还有一个巨大的风险:安全性。

安全性涵盖两个方面：一是控制网络安全。当我们把控制网络与信息网络直接连接以采集生产数据的同时，来自于信息网络的不安全因素，例如黑客病毒等威胁随之而来。二是数据安全。目前企业的生产数据传送大都采用ModbusTCP等工业标准，用明文方式传送，中间传输过程非常容易被截取，从而把控制服务器的IP 地址、敏感生产数据(部分数据属于商业机密)暴露出来。

工业物联网关需要采用白名单、物理隔离、数据加密等技术解决上述两个问题。

结语：

由于没有标准化管理手段，设备互联互通市场处于一种无序的状态，给用户带来方案策划困难、实施困难、维护困难的三难局面。然而设备互联可通的需求却越来越多，覆盖面越来越广，困难和风险也就越来越大。这是当下工业自动化行业面临的挑战。

应用工业物联网技术，基于工业物联网网关建立起统一的设备互联互通平台层ICT，则有可能成为一个标准化的方案。

审核编辑：汤梓红