物聯網最主要的驅動力之一來自于商業和工業化應用,因為這可以大規模地體現其經濟價值。不過,傳統工業設備往往不喜歡改變,因為控制設備數量龐大、安全可靠性等原因。不久前,英特爾的子公司—風河公司全球產品與營銷高級副總裁Jim Douglas用生動的比喻講述了工業物聯網的部署。
數以千計的PLC管理并不難
物聯網是非常有意思的概念。之前30年,業界一直在幫助客戶安全地防護好他們的數據,封閉在生產系統之內,不至于外泄。但是,現在我們又要幫助客戶把企業的生產系統開放,給出數據,分享數據,傳到云端。
在IT(信息技術)端,強調的不是物理設備的安全性,而是數據的安全性。而物聯網主要是強調既要滿足物理設備的需求,也要滿足IT架構下數據安全性的需求。
以工業PLC的物聯網部署為例,如何把開發出來的軟硬件部署到上千個PLC(可編程邏輯控制器)上,同時你還可以去監測、控制這些設備?
第一步,過去你肯定是一個個地裝硬件,然后再一個個地裝軟件。但是在物聯網場景下,你就不用一個個地裝軟件了,全部是遠程操作。安裝的過程首先是你知道它已經裝上了,已經辨別出來了。同時要確保它是聯網的,但是要限制它能夠訪問網絡的功能。總之,就是你安裝的過程是一個合規的過程,它符合安全的性能要求。
接下來進行配制。就像你買了一部新手機,上面會提示你有最新的操作系統,問你要不要下載。為什么會出現這樣的提示?因為手機從出廠到你手里可能已經3個月了,軟件更新迭代的速度較快,你肯定希望你的硬件上跑的是最新的軟件。
安裝、配置好之后,你要檢測它是否正常工作。接下來你就要進行數據分析了。通過數據分析找到各種變化的趨勢,做出運營管理的決策。在運行一段時間后,設備可能需要更新換代,直到其生命周期到了退役的終點,這期間都需要進行管理。
不過,管理需要考慮多方面因素。在工廠里,采用Helix物聯網工具集后,現在不僅可把目標設定成我的測試APP,還可以在大規模的幾千件上面同時測試。在以前的物理技術中,你要做任何測試,必須把它拿到實驗室里。但在物聯網環境中,由于采用了Helix Lab Cloud,就已經把這個應用開發放到云端了,可把整個實驗過程虛擬化。在這個實驗室當中,你所創建的任何的APP都可以在虛擬化的物聯網構架中進行測試。
比如在云端實驗室,一千件PLC同時進行大規模的使用測試。測試的過程也是調試的過程,可確保它真地放到現實當中使用時是可以非常平穩運行的。而且測試的不是一件,而是上千件。調試成功后,我對現實的物聯網當中去部署它就非常有信心了。
第三步要做的是管理和部署Helix設備云。這個設備云代表你在部署的過程中可以控制這些設備。比如,我開發出來新的APP后要把它裝在一千個PLC上面,我要確保每一個PLC上都要同時跑這個APP,而且我是遠程操作。一旦裝載了這些APP之后,我還要進行遠程的監控。同時我還要從設備上收集運營的數據,看他們是否正常。我也可以加一些商務邏輯在里面,比如這個設備我希望他在某一個溫度區間里。如果超過溫度的上限這個設備就給關掉,停止一段時間后再開始。
再回到一開始的概念,從前端設備上提取這些數據,上傳到云端,云端進行分析之后把結果再帶回到設備這端,這就是整個的循環過程。
煉油廠的改變
如何改造傳統工廠?舉一個煉油廠的例子。因為石化項目一般對安全性要求很高,所以很多設備都是三倍冗余度。如果我們觀察一下整個設備的架構(如下圖左圖),可以看到最底層的架構是開關閥,要去控制開關和閘,你就要有PLC去進行控制。再上面一層是控制單元,控制所有的PLC。
為了確保這個設備系統是安全、可靠,需要隨時有備份,因此盡管你只需要1000件,但是備份三倍就變成3000件。一個設備壞了,第二個設備馬上就要上線,第二個設備壞了第三個設備立即上線。
這種設備整個的開發、維護成本是非常高昂的。因為所有硬件數量龐大,而且硬件需要人工一一測試,包括更新里面的軟件。所以傳統安全要求的行業根本就不愿意采用任何新技術,盡量繼續維持。所以這樣的化工廠,20年基本上技術設備是一成不變的。
1995年互聯網論文已經開始發表,到現在物聯網的出現與技術日新月異,但煉油廠20年都沒變過!風河提供的建議如上圖,下面叫執行器、控制器,中間那層是PLC,最上面一層是控制層。現在我們干脆把最上面的控制層拿掉,把它們全部虛擬化。我所有的控制層全部都是云端的虛擬。因為虛擬化了,所以我可以持續地進行最新的版本更新。
這是一個非常好的夢想。但是像石化這樣的傳統企業,對安全性的要求非常之高,還要求實時性、可靠性。舉個簡單的例子,你正坐在辦公室里,突然收到了一個軟件更新的郵件,說我要更新你的outlook,要8個小時的下載時間。你無法保證這8個小時都讓它做下載這件事,否則你的控制怎么辦?可能發生的事故怎么辦?因此這并不是一種可行的方案。風河的物聯網方案——Helix產品集有一種獨特的能力,就是非常有針對性的,同時能夠讓整個物聯網安全可控。
過去三十年中,風河所做的系統可謂是高可靠性、安全的解決方案。至今全球已有20億個設備搭載了風河技術,橫跨的行業很廣,從國防到工業控制,從通訊到交通。