工业互联网

工业互联网是推动我国制造业高质量发展的重要抓手。下图梳理了工业网关的概述、分类、关键指标、未来趋势，希望梳理的内容对你有所帮助！

工业网关

• 1.概述
  • 定义：连接互联网/物联网和控制层之间的核心设备，在工业互联网中起着承上启下的作用；
  • 上即工业互联网云平台、制造执行系统(MES)等；
  • 下即数据采集与监控系统(SCADA)、可编程逻辑控制器(PLC)、数控机床(CNC)、传感器；
• 2.分类
  • 2.1转发通信方式维度
    • 以太网工业网关
    • 通用无线（GPRS）工业网关
    • 无线上网（WiFi）工业网关
    • 第四代通信技术(4G)工业网关
    • 窄带物联网(NB-IoT)工业网关
    • 远距离无线通信(LORA)工业网关
  • 2.2 转发协议维度
    • ModbusRTU工业网关
    • ModbusTCP工业网关
    • OPCUA工业网关
    • MQTT工业网关
    • HTTPS工业网关
    • BACNET工业网关
    • IEC104工业网关
  • 2.3采集对象维度
    • 机器人工业网关
      • 采集机器人控制器的运行状态、报警信息、各运动轴的坐标值等信息
    • 数控机床工业网关
      • 采集数控系统和机床的信息，包括系统状态、操作模式、报警信息、进给率及倍率、主轴转速及倍率、代码名称、各坐标值等信息
    • PLC工业网关
      • 采集各品牌PLC的I/O量、自动化成套设备及传感器的I/O量、MODBUS协议、工业以太网协议转换等功能
    • 仪器仪表工业网关（DCS）
      • 采集数字化仪表和各类传感器的数据。
  • 2.4边缘计算能力维度
    • 透传级工业网关
      • 无协议包解析，只支持透明传输
    • 基本级工业网关
      • 支持数据采集、协议解析、存储转发、断网续传、远程控制
    • 边缘计算级工业网关
      • 在基本级的基础上，增加了边缘计算、就地报警、边缘控制
  • 2.5安全维度
    • 工业安全网关
    • 边界隔离工业网闸
  • 2.6应用行业维度
    • 电力行业通信管理机
    • 石油化工功能安全远程终端单元(RTU)
    • 智能楼宇(BACnet)网关等
  • 2.7采集接口维度
    • 采集网关
    • 协议网关
• 3.关键指标
  • 3.1互联接入能力
    • 首先要解决异构工业设备的互联互通能力，工业设备目前存在着系统架构不同、通信协议不同等异构特性，特别是大量设备存在私有协议，给互联互通带来很多困难。
    • 国内外标准制定机构已经开始制定相关标准以解决互联问题。
  • 3.2 数据采集能力
    • 首先，要具有足够的点容量，以便接入更多的数据点，并留有一定的冗余，以保证扩展性。
    • 其次，要保证传输精度和采集速率，从而确保数据的准确性和实时性。
  • 3.3 可靠传输能力
    • 网关需要坚固耐用，具有较宽的工作温度范围、较强的抗电磁干扰能力等
    • 需要保证数据采集及通信的可靠性，在最大最小通信速率下，数据丢包率和数据错误率要在允许的误差范围内。
  • 3.4 断点续传能力
    • 为适应现场网络的不确定性、提高工业网关的容错机制，网关需要具备一定的数据缓存能力。
    • 在遇到网络中断时，网关继续准确采集，将数据缓存到非易失设备中，并在网络恢复正常时，把缓存数据通过转发通道补传到工业云平台。
  • 3.5 就地报警能力
    • 在网络故障、设备故障等情况下，网关应提供基于配置信息和实时数据的就地报警信息，支持开关量、模拟量等多种报警类型
    • 网络还可增加智能预警功能。当向设备发送监测数据包时，返回速度达到一定阈值时，设备将进行预警，提醒操作人员关注。
  • 3.6 边缘计算能力
    • 现场采集的实时数据在工业网关内部进行本地处理、清洗、存储，甚至在本地完成分析和决策，最后将数据上传到云端。这样减少了单个传感器和云端的计算负担，以及机器与机器之间的沟通流量。
  • 3.7 远程控制能力
    • 针对网关的运行维护问题，部分工业网关企业通过部署管理云平台来解决，在云端即可实时监控工业网关通信状态监控、远程配置、远程故障排查、运行历史记录统计、用户权限控制、设备追踪定位等功能;当设备发生故障告警时，云平台可以通过工业网关进行紧急处理，而无需前往现场。
  • 3.8 安全防护能力
    • 工业网关作为设备入网的关口，可以部署一套安全策略，例如提供基于IP地址/端口的防火墙管控能力，提供设备身份认证机制、传输协议信息加密机制、可配置的分包发送策略等。
  • 3.9 可配置能力
    • 具备一定的可配置型，包括系统管理配置、采集服务配置、转发服务配置、边缘计算配置、就地报警配置、应用程序升级、通信规约升级等。如果要实现全网可管理，不仅要实现网关设备本身的管理，还要通过网关实现网内各节点的管理，获取节点标志、状态等。
• 4.未来趋势
  • 4.1 功能集成
    • 工业网关不再只是数据采集及协议转换设备，未来将集成更强大的边缘计算、边缘控制、监测预警等功能。
      • 时间敏感网络(TSN)技术 第五代通信技术(5G) 区块链等新兴技术
  • 4.2 标准化
    • 解决设备异构、接口异构、协议异构、数据异构以及工业网关功能性能良莠不齐
  • 4.3 软件化
    • 随着底层设备标准和接口的逐步统一，会有越来越多的设备直接接入上位机或者云平台，不需要再单独设置网关盒子。网关的协议解析、数据采集等功能作为一项单独的微服务集成到云平台，或者直接嵌入到现场设备中，网关不再只依赖硬件而存在。在云端可以实现按需配置的软件定义网关，实现车间工业设备接入的灵活配置和统一管理。
• 各类工业网关廉价而拓扑图
  • 网关实现了工业异构设备的互联互通，可以通过安全网关发送至云端，实现工业现场设备的上云。所以，工业网关是实现工业互联的基础设备。
  • 在物联网体系架构中，网关既可位于传感器、设备之间，也可位于云端之间，透过边缘节点可以在近传感器端进行大量分析、过滤。网关具有多种优势，例如高可扩展性、高性价比、高安全性等。
  • PLC网关连接各类PLC控制器，采集PLC控制信息，实现转发、控制等功能;
  • 数控网关采集数控系统和机床的运行状态信息
  • 机器人网关连接工业机器人
  • 集散控制系统(DCS)网关采集DCS的运行状态，振动传感器和温度传感器可连接至网关感知振动、温度信息
• 工业企业面临着设备和系统数据统计采集难题
  • 工业互联网标准碎片化问题突出，工业协议、接口、总线标准短期内无法统一
  • 国内工业企业自动化程度低，数据采集困难重重
• 工业互联网
  • 信息技术（IT）网络
  • 操作技术（OT）网络