車間最突出的變化是機器對機器（M2M）通信向系統對系統通信的演變。雖然對硬件間的點對點通信來說，M2M通信仍然是實現自動化的重要手段，但當數據需要從傳感器和設備向云端發送時，它就要讓位于系統對系統通信了。因此，在網絡架構中的子系統之間建立連接，會增加新的通信路徑和網絡平臺，帶來新的復雜性和挑戰。

圖1：FA協議。

雖然公司管理層對工業物聯網（IIoT）及其高成本效益、不間斷運營的前景持樂觀態度，但系統集成師（SI）們卻要解決網絡當中跨平臺通信的現實問題。運營技術（OT）、信息技術（IT）和IIoT這三個不同領域網絡架構當中混亂的協議，使SI們傷透腦筋。每個領域都有自己的一套協議，彼此之間互為孤島，不可互通，這使需要獲得有用數據做出重要企業決策的人員無法得到這些數據，也使系統集成師們束手無策。而且，OT和IT部門互不熟悉對方領域所用協議，這使事情變得更加復雜。隨著IIoT進入自動化領域，OT和IT正在趨同，因此這一趨勢必須迅速扭轉。不過，也有好消息。通過各種協議轉換，上述互操作性問題還是有解決之道的。本文將詳細研究SI在OT對OT、OT對IT和OT對IIoT互操作性方面所面臨的挑戰，以及可用于確保融合網絡當中不間斷連接的解決方案。

OT對OT互操作性

工廠內的OT對OT通信已不像以前一樣簡單。這主要歸因于IIoT，它把巨量的傳感器和機器帶入了互聯網。據IHSMarket此前的一份報告，由于聯網IoT設備預計將在2017年增長15%，達到200億臺之巨，這些類型的通信將不會馬上變得簡單。這種連接的激增正在給車間帶來強力沖擊，以至于M2M通信已演化成為不同運營子系統間的通信，以實現數據收集與分析。然而，麻煩在于，諸如制造執行系統（MES）、監督控制與數據采集（SCADA）系統、可編程控制器（PLC）以及車間內的機器與傳感器等OT下的異構系統都運行著各自的協議，因此，由來已久的互操作性問題又抬起了頭，這就需要大量的協議轉換。舉個例子，令暖通空調（HVAC）系統與生產系統同步工作，就很好地詮釋了車間內不同OT系統間的有效通信對車間運營帶來的好處。

圖2：OT對OT互操作性。

挑戰：協議大雜燴

運營流程的復雜化將越來越多的異構系統擰在了一起。這意味著要面對越來越多的設備和協議，在安裝和設置時要把更多的時間花費在架構規劃和設備試車上。對系統集成師來說，時間和成本就是一切，他們不愿意把大把的時間花在設備試車和配置上，也不愿意花在協議轉換上。然而，在使用通信模塊或小型PLC時，他們花時間在通信和排錯編程上卻并不罕見。因此，系統集成師需要一種簡化協議轉換的簡便方式，以便將有限的時間投入到其核心工作，比如編程上。

解決方案：越來越多的操作人員在利用工業協議網關完成設備的大量配置以及不同設備間的協議轉換，以保持運營平穩運行。例如，在配電室，將大量ModbusRTU電表橋接到ModbusTCP網絡，由于要進行從ID路由表配置，通常非常耗時。一個方便的解決方案是添加自動設備路由功能，自動檢測來自SCADA系統的命令并設置從ID路由表。

OT對IT互操作性

對于利用任何智能應用的IIoT平臺，IT和OT專家之間的緊密合作必不可少。盡管OT和IT解決問題的方法有很大不同，但它們的目標是一致的——都是為了追求生產的最優。為了成功，兩個領域都需要訪問工業數據。IT部門負責企業資源規劃（ERP），有時還管MES，因此需要檢查這一數據，以便對大局有更清楚的認識，然后對每個妨礙運營可靠性的問題制定解決方案。OT人員則更多地介入車間內的物理操作，需要弄清如何使所有不同系統（大多具有專利技術）一起工作。另一方面，在工業4.0時代有一個積極的趨勢，即OT人員越來越認識到了IT技術對其目標達成的重要性和便利性。

圖3：OT對IT互操作性。

挑戰1：分歧大

為優化生產，IT部門日益需要從車間收集生產數據。對IT人員來說，由于他們不了解經工業協議收集數據的過程，這可不是個輕松的任務。同時，OT人員也面臨類似的困境——一旦他們將OT數據傳送到IT層，IT部門經常向他們請求他們不熟悉的接口。這可能會挑起兩個領域對接口和協議的權力斗爭。

解決方案：多協議集成設備會使系統集成師過得輕松得多。例如，不同接口的通信可以通過智能I/O實現，它支持不同的協議，諸如工業自動化（IA）工程師用的Modbus/TCP和EtherNet/IP，以及IT工程師用的SNMP和RESTfulAPI。這無疑是彌合OT和IT分歧的正確一步。這一解決方案使IT和IA工程師都能方便地檢索來自同一I/O設備的數據。

挑戰2：保持領先的觀點

OT與IT區別究竟有多大？看看這一事實：OT網絡設備總被視作透明的，因此即使發生突發事件，也很難監控它們。這增加了網絡操作員的挫折感，因為當他們遇到停機時，故障檢修變得幾乎毫無意義。當然，這種局面是不能接受的，因為為確保生產的連續性和預防異常狀況，網絡操作員的態勢感知非常重要。確保控制室內所有網絡設備和網絡狀態持續可見具有最高優先級。

解決方案：對采用OT協議的生產線來說，借助支持Profinet、ModbusTCP和EtherNet/IP協議的以太網交換機，工程師可以在SCADA系統的中心站點或在本地HMI前同時查看數據和網絡狀態。如果一個工業協議出了問題，交換機會進行報告，PLC發出報警，以便使情況立即得到解決。利用IT的專長和經驗，可以加快故障排除，減少系統停機時間，并提高態勢感知能力。

圖4：OT對IIoT互操作性。

OT對IIoT互操作性

在董事會上，公司管理層期望用數據挖掘和分析帶來減少運營成本、優化生產和通過預測性維護盡可能降低停機時間的紅利。正如人們所料，這種數據需要從現場收集，而將其從現場設備傳輸到云端成了OT工程師的工作。對OT工程師而言，這種額外的工作多少超出了其舒適范圍，因為他們更愿意專注于能給其專業領域加分的編程而非通信任務。

挑戰：需要速度

OT工程師IT知識不足無疑是其致命弱點。照現狀看，從邊緣設備向云發送數據本來就耗時，而OT工程師不了解IT技術又使這一過程變得更糟。在邁向IIoT連接的競爭中，他們最大的挑戰是減少現場邊緣設備與云之間網絡連接的建立和編程時間。解決方案：為了節省工程師大量的編程工作并減少時間和成本，采用支持通用接口的嵌入式計算平臺，以及集成即用型Modbus引擎和云連接的軟件套件，比如AWS，便可實現現場設備與IIoT所需應用的快速集成。此外，對希望采用OPC統一架構（UA）而統一自動化接口的人來說，可以使用提供OPCUA服務器并具有云連接能力的軟件套件。這種解決方案的美妙之處在于，無需付出額外成本，即可實現云連接的附加架構。