如今，幾乎每個行業(yè)都有一個強勁的趨勢：首席執(zhí)行官、首席技術(shù)官和其他高管都希望獲得更多數(shù)據(jù)。工業(yè)企業(yè)正在考慮數(shù)據(jù)運營、數(shù)據(jù)流的開發(fā)，以及在整個組織中持續(xù)使用數(shù)據(jù)。人們希望利用這些數(shù)據(jù)，更好、更快地做出決策。
大規(guī)模捕獲、共享和使用數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)。IIoT可以帶來諸多優(yōu)勢，但許多公司仍在努力選擇合適的技術(shù)，以從這些優(yōu)勢中獲益。大多數(shù)使用專有技術(shù)網(wǎng)絡(luò)來實施IIoT 項目的公司，最終都會發(fā)現(xiàn)這個過程很困難、昂貴且是勞動密集型的，其結(jié)果往往是失敗。
然而，通過采用開放標(biāo)準(zhǔn)的工具，將有助于IIoT更快速且更易于大規(guī)模實施。包括消息隊列遙測傳輸(MQTT)和SparkplugB 在內(nèi)的開放標(biāo)準(zhǔn)和可互操作的IIoT工具，可以在整個企業(yè)中(從邊緣到云)提供非專有的、單一可信數(shù)據(jù)源(SSOT)。
完整的數(shù)據(jù)也為機器學(xué)習(xí)(ML) 和人工智能(AI)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。一旦正確實現(xiàn)了IIoT，就可以將運營技術(shù)(OT)數(shù)據(jù)應(yīng)用到更多的場景。本文將深入探討如何實施IIoT 來滿足這些需求，并幫助企業(yè)在這個快速數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時代，跟上競爭對手的步伐。
實施IIoT不一定很難
工業(yè)企業(yè)由許多資產(chǎn)、工業(yè)自動化系統(tǒng)、云計算和企業(yè)系統(tǒng)組成。有一些工廠實現(xiàn)了很好的相互連接，而還有很多工廠依舊沒有大的改變。不同制造商之間往往有數(shù)百種復(fù)雜的工業(yè)協(xié)議，每種協(xié)議都有自己的語言，阻礙了從OT 到信息技術(shù)(IT)或云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。
完成這種數(shù)據(jù)交換，通常被稱為彌合IT/OT的差距，但大多數(shù)制造商做得并不好。雖然市場上有數(shù)百種工具可以解決這些復(fù)雜問題，但很多企業(yè)經(jīng)常會不知所措， 不知道用哪個好。從操作系統(tǒng)解決方案上的專有工具和編碼，轉(zhuǎn)向開放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)并不困難，但確實需要轉(zhuǎn)變思維。
合適的 SCADA 系統(tǒng)或 IIoT 平臺，可以連接任意數(shù)量的站點資產(chǎn)，以從邊緣側(cè)發(fā)布數(shù)據(jù)
大多數(shù)制造企業(yè)認為數(shù)字化改造成本高昂，需要翻修和更換硬件、軟件、控制系統(tǒng)等。事實上，MQTT 消息傳遞協(xié)議可以在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)解耦數(shù)據(jù)，并允許數(shù)據(jù)以一對多的方式傳輸給企業(yè)應(yīng)用程序。開源Sparkplug B 規(guī)范增加了一些特性來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的情境化，從而可以擴展IIoT用例。
下面介紹企業(yè)如何在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用這些開放標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)IIoT，而無需在這個過程中大規(guī)模翻修和更換，也不需要花費大量的時間和金錢。
更高效地實現(xiàn)工業(yè)通信集成
建立OT 數(shù)據(jù)的單一事實來源是一個重要步驟。一旦完成，從預(yù)測性維護到人工智能的任何IIoT 用例都將更容易實現(xiàn)。MQTT 和Sparkplug B 為此提供了實現(xiàn)機制。首先，IIoT 需要一個平臺或機制來連接車間系統(tǒng)。
合適的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)或IIoT 平臺，可以連接來自任意數(shù)量站點、現(xiàn)場、任何位置的OT 資產(chǎn)，以從邊緣側(cè)發(fā)布數(shù)據(jù)。MQTT是一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，旨在將數(shù)據(jù)從數(shù)千個設(shè)備，跨多個站點推送到工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用程序。Sparkplug B 向數(shù)據(jù)添加情境信息以擴展用例。
控制室內(nèi)始終需要更好、一致的數(shù)據(jù)流，以便工程師能夠做出更明智的決策
“你需要一個基于開放標(biāo)準(zhǔn)的IIoT 平臺，具有無限的許可，并提供數(shù)據(jù)運營管道，以實現(xiàn)大規(guī)模的真正的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，” Inductive Automation 公司銷售工程總監(jiān)Travis Cox 說，“利用MQTT，您可以輕松地將設(shè)備與應(yīng)用程序解耦，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁嗟胤?，并避免將SCADA變成中間件?！?/p>
MQTT 是一種輕量級發(fā)布/ 訂閱消息傳遞協(xié)議，旨在服務(wù)于受限制的設(shè)備和低帶寬、高延遲或不可靠的網(wǎng)絡(luò)。
MQTT 提供了一種連接到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的方法，創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)層，并將數(shù)據(jù)向上推送，使其可用于任何云或企業(yè)系統(tǒng)。企業(yè)可以創(chuàng)建一個可管理的、低成本的IIoT 概念驗證并擴展它，而不需要大量的編程或?qū)I(yè)知識。
MQTT 在實現(xiàn)IIoT 方面的價值在于，它將設(shè)備和應(yīng)用程序解耦，并為多個數(shù)據(jù)消費者建立了單一事實來源。企業(yè)可以簡化其數(shù)據(jù)管道，以獲得對更多數(shù)據(jù)的訪問，然后在整個組織中共享這些數(shù)據(jù)。
通過三種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互操作性
雖然MQTT 為交付IIoT 數(shù)據(jù)提供了一個優(yōu)秀且可信的引擎，但它并不能使數(shù)據(jù)在整個企業(yè)中實現(xiàn)互操作。這就是Sparkplug B 發(fā)揮作用的地方。
Sparkplug 是一種開源軟件規(guī)范，它為MQTT 客戶機提供了一個集成數(shù)據(jù)的框架。該規(guī)范闡明了三個目標(biāo)：
定義MQTT 主題命名空間，實現(xiàn)IIoT 的優(yōu)化;
定義MQTT 狀態(tài)管理，以利用連續(xù)會話感知;
定義MQTT 有效負載。
Sparkplug 使互操作性更快速、更安全，并且是開放的標(biāo)準(zhǔn)，因此任何人都可以使用該框架。設(shè)備制造商開始支持Sparkplug，這意味著它內(nèi)置于OT 層的設(shè)備上。
基于以下幾個原因，具有MQTT 和的SCADA平臺，可以節(jié)省時間和金錢。首先，這些工具是自由且開放的標(biāo)準(zhǔn)。其次，資產(chǎn)是自動發(fā)現(xiàn)的，標(biāo)簽是自動學(xué)習(xí)的，這使得擴展變得更容易。利用MQTT 和Sparkplug B 實施IIoT 項目，無需全新的基礎(chǔ)設(shè)施就可實現(xiàn)從OT 到IT 的恒定數(shù)據(jù)流。
MQTT 和 Sparkplug B 可以幫助工程師獲得更好的數(shù)據(jù)流，并使其可以從手機上操作 SCADA 系統(tǒng)
MQTT和Sparkplug B在油氣行業(yè)的應(yīng)用
NGLEnergy Partners是一家中游石油和天然氣公司，為生產(chǎn)商和最終用戶提供多種服務(wù)，包括原油運輸、儲存、混合和營銷。為了提高運營效率和創(chuàng)收能力，NGL公司啟動了一個項目，為其鹽水處理設(shè)施創(chuàng)建一個新的SCADA系統(tǒng)。他們使用MQTT和Sparkplug B 在8 個月內(nèi)創(chuàng)建了一個智能油田，包括114 個水處理和處置設(shè)施、178 個管道接頭、31 個推進器和大約125 萬個標(biāo)簽。
MQTT 有助于解決該公司面臨的兩個關(guān)鍵問題：遠程位置和有限的帶寬?！癕QTT是該項目的關(guān)鍵部分，” 負責(zé)NGL 公司SCADA 系統(tǒng)項目的Cox 說，“MQTT 在邊緣進行發(fā)布/ 訂閱的能力對NGL 公司極為重要。MQTT 需要較少的帶寬，使我們能夠在邊緣的大多數(shù)通信中，使用蜂窩調(diào)制解調(diào)器，而在傳統(tǒng)輪詢中，這是很難實現(xiàn)的?！?/p>
Sparkplug B 還節(jié)省了很多時間。由于有114 個站點和超過一百萬個標(biāo)簽，系統(tǒng)集成商無法花費大量時間，在遠程站點和前端配置標(biāo)簽。通過Sparkplug，他們可以在現(xiàn)場定義標(biāo)簽，并在網(wǎng)關(guān)上自動發(fā)布和發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)簽，為客戶提供單一可信的數(shù)據(jù)來源。
ARB Midstream 總部位于丹佛，為原油、精煉產(chǎn)品和液化石油氣提供中游和營銷解決方案。ARB公司需要為一條有37 個站點的輸油管道建立一個SCADA系統(tǒng)，同時進行硬件系統(tǒng)升級，創(chuàng)建一個新的網(wǎng)絡(luò)，并從頭開始建立一個控制室，所有這些都需要在6個月內(nèi)完成。
作為該項目的一部分，ARB公司在其一些遠程位置更換了一些較舊的VSAT 設(shè)備和蜂窩設(shè)備，從而可以使用MQTT。MQTT 幫助該公司快速實現(xiàn)了安全、經(jīng)濟高效和可擴展的基礎(chǔ)設(shè)施。
MQTT 使用很少的帶寬并根據(jù)異常進行報告，這是對傳統(tǒng)輪詢的一大改進。Cox 說：“一開始ARB 就發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)利用率有35% 的差異，因為他們沒有發(fā)送不需要發(fā)送的標(biāo)簽。”在這個項目中，薄弱的蜂窩網(wǎng)絡(luò)意味著即使是基本的通信， 也難以保證。使用輕量級MQTT 協(xié)議，數(shù)據(jù)很快就能送達云端。
具備數(shù)據(jù)洞察力的IIoT策略
企業(yè)未來的策略應(yīng)當(dāng)包括IIoT 和開放標(biāo)準(zhǔn)。如果不這樣，企業(yè)很可能面臨落后的風(fēng)險。一個完整的IIoT 戰(zhàn)略，必須通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和與各種數(shù)據(jù)消費端(從云服務(wù)到AI 和ML應(yīng)用程序)的輕松集成，在整個企業(yè)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)洞察。失敗的項目通?；谔囟ㄓ谝粋€用例的專有協(xié)議，結(jié)果是不具備可擴展性。
MQTT 和Sparkplug B 等開源工具允許組織以一種經(jīng)濟高效、可重復(fù)、可互操作、快速安全的方式，在現(xiàn)場或工廠中實施IIoT。MQTT 允許使用OT 數(shù)據(jù)來彌合IT/OT 差距，Sparkplug B 提供情境化信息，使數(shù)據(jù)運營團隊能夠獲得提高生產(chǎn)力和洞察力的見解。
