作者：Arlen Nipper, CirrusLink Solutions

如今，幾乎每個(gè)行業(yè)都有一個(gè)強(qiáng)勁的趨勢(shì)：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(yùn)營(yíng)、數(shù)據(jù)流的開(kāi)發(fā)，以及在整個(gè)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(lái)諸多優(yōu)勢(shì)，但許多公司仍在努力選擇合適的技術(shù)，以從這些優(yōu)勢(shì)中獲益。大多數(shù)使用專有技術(shù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)施IIoT 項(xiàng)目的公司，最終都會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程很困難、昂貴且是勞動(dòng)密集型的，其結(jié)果往往是失敗。

然而，通過(guò)采用開(kāi)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(shí)施。包括消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）和SparkplugB 在內(nèi)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和可互操作的IIoT工具，可以在整個(gè)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(jī)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(shí)現(xiàn)了IIoT，就可以將運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）數(shù)據(jù)應(yīng)用到更多的場(chǎng)景。本文將深入探討如何實(shí)施IIoT 來(lái)滿足這些需求，并幫助企業(yè)在這個(gè)快速數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代，跟上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的步伐。

工業(yè)企業(yè)由許多資產(chǎn)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、云計(jì)算和企業(yè)系統(tǒng)組成。有一些工廠實(shí)現(xiàn)了很好的相互連接，而還有很多工廠依舊沒(méi)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(yǔ)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(chǎng)上有數(shù)百種工具可以解決這些復(fù)雜問(wèn)題，但很多企業(yè)經(jīng)常會(huì)不知所措， 不知道用哪個(gè)好。從操作系統(tǒng)解決方案上的專有工具和編碼，轉(zhuǎn)向開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)并不困難，但確實(shí)需要轉(zhuǎn)變思維。

▎合適的 SCADA 系統(tǒng)或 IIoT 平臺(tái)，可以連接任意數(shù)量的站點(diǎn)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(rèn)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(shí)上，MQTT 消息傳遞協(xié)議可以在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)解耦數(shù)據(jù)，并允許數(shù)據(jù)以一對(duì)多的方式傳輸給企業(yè)應(yīng)用程序。開(kāi)源Sparkplug B 規(guī)范增加了一些特性來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的情境化，從而可以擴(kuò)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(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)IIoT，而無(wú)需在這個(gè)過(guò)程中大規(guī)模翻修和更換，也不需要花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢。

建立OT 數(shù)據(jù)的單一事實(shí)來(lái)源是一個(gè)重要步驟。一旦完成，從預(yù)測(cè)性維護(hù)到人工智能的任何IIoT 用例都將更容易實(shí)現(xiàn)。MQTT 和Sparkplug B 為此提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)制。首先，IIoT 需要一個(gè)平臺(tái)或機(jī)制來(lái)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(tái)，可以連接來(lái)自任意數(shù)量站點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)、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(gè)設(shè)備，跨多個(gè)站點(diǎn)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(kuò)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(gè)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的IIoT 平臺(tái)，具有無(wú)限的許可，并提供數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)管道，以實(shí)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(shuō)，“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(jí)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(gè)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(gè)可管理的、低成本的IIoT 概念驗(yàn)證并擴(kuò)展它，而不需要大量的編程或?qū)I(yè)知識(shí)。

MQTT 在實(shí)現(xiàn)IIoT 方面的價(jià)值在于，它將設(shè)備和應(yīng)用程序解耦，并為多個(gè)數(shù)據(jù)消費(fèi)者建立了單一事實(shí)來(lái)源。企業(yè)可以簡(jiǎn)化其數(shù)據(jù)管道，以獲得對(duì)更多數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，然后在整個(gè)組織中共享這些數(shù)據(jù)。

雖然MQTT 為交付IIoT 數(shù)據(jù)提供了一個(gè)優(yōu)秀且可信的引擎，但它并不能使數(shù)據(jù)在整個(gè)企業(yè)中實(shí)現(xiàn)互操作。這就是Sparkplug B 發(fā)揮作用的地方。

Sparkplug 是一種開(kāi)源軟件規(guī)范，它為MQTT 客戶機(jī)提供了一個(gè)集成數(shù)據(jù)的框架。該規(guī)范闡明了三個(gè)目標(biāo)：

·定義MQTT 主題命名空間，實(shí)現(xiàn)IIoT 的優(yōu)化；

·定義MQTT 狀態(tài)管理，以利用連續(xù)會(huì)話感知；

·定義MQTT 有效負(fù)載。

Sparkplug 使互操作性更快速、更安全，并且是開(kāi)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(kāi)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(gè)原因，具有MQTT 和的SCADA平臺(tái)，可以節(jié)省時(shí)間和金錢。首先，這些工具是自由且開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。其次，資產(chǎn)是自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的，標(biāo)簽是自動(dòng)學(xué)習(xí)的，這使得擴(kuò)展變得更容易。利用MQTT 和Sparkplug B 實(shí)施IIoT 項(xiàng)目，無(wú)需全新的基礎(chǔ)設(shè)施就可實(shí)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(jī)上操作 SCADA 系統(tǒng)。

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(yùn)輸、儲(chǔ)存、混合和營(yíng)銷。為了提高運(yùn)營(yíng)效率和創(chuàng)收能力，NGL公司啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，為其鹽水處理設(shè)施創(chuàng)建一個(gè)新的SCADA系統(tǒng)。他們使用MQTT和Sparkplug B 在8 個(gè)月內(nèi)創(chuàng)建了一個(gè)智能油田，包括114 個(gè)水處理和處置設(shè)施、178 個(gè)管道接頭、31 個(gè)推進(jìn)器和大約125 萬(wàn)個(gè)標(biāo)簽。

MQTT 有助于解決該公司面臨的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：遠(yuǎn)程位置和有限的帶寬。“MQTT是該項(xiàng)目的關(guān)鍵部分，” 負(fù)責(zé)NGL 公司SCADA 系統(tǒng)項(xiàng)目的Cox 說(shuō)，“MQTT 在邊緣進(jìn)行發(fā)布/ 訂閱的能力對(duì)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(shí)現(xiàn)的?！?/p>

Sparkplug B 還節(jié)省了很多時(shí)間。由于有114 個(gè)站點(diǎn)和超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)標(biāo)簽，系統(tǒng)集成商無(wú)法花費(fèi)大量時(shí)間，在遠(yuǎn)程站點(diǎn)和前端配置標(biāo)簽。通過(guò)Sparkplug，他們可以在現(xiàn)場(chǎng)定義標(biāo)簽，并在網(wǎng)關(guān)上自動(dòng)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(lái)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(yíng)銷解決方案。ARB公司需要為一條有37 個(gè)站點(diǎn)的輸油管道建立一個(gè)SCADA系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行硬件系統(tǒng)升級(jí)，創(chuàng)建一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，并從頭開(kāi)始建立一個(gè)控制室，所有這些都需要在6個(gè)月內(nèi)完成。

作為該項(xiàng)目的一部分，ARB公司在其一些遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)高效和可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施。

MQTT 使用很少的帶寬并根據(jù)異常進(jìn)行報(bào)告，這是對(duì)傳統(tǒng)輪詢的一大改進(jìn)。Cox 說(shuō)：“一開(kāi)始ARB 就發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)利用率有35% 的差異，因?yàn)樗麄儧](méi)有發(fā)送不需要發(fā)送的標(biāo)簽?！痹谶@個(gè)項(xiàng)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(jí)MQTT 協(xié)議，數(shù)據(jù)很快就能送達(dá)云端。

企業(yè)未來(lái)的策略應(yīng)當(dāng)包括IIoT 和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。如果不這樣，企業(yè)很可能面臨落后的風(fēng)險(xiǎn)。一個(gè)完整的IIoT 戰(zhàn)略，必須通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和與各種數(shù)據(jù)消費(fèi)端（從云服務(wù)到AI 和ML應(yīng)用程序）的輕松集成，在整個(gè)企業(yè)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)洞察。失敗的項(xiàng)目通常基于特定于一個(gè)用例的專有協(xié)議，結(jié)果是不具備可擴(kuò)展性。

MQTT 和Sparkplug B 等開(kāi)源工具允許組織以一種經(jīng)濟(jì)高效、可重復(fù)、可互操作、快速安全的方式，在現(xiàn)場(chǎng)或工廠中實(shí)施IIoT。MQTT 允許使用OT 數(shù)據(jù)來(lái)彌合IT/OT 差距，Sparkplug B 提供情境化信息，使數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)能夠獲得提高生產(chǎn)力和洞察力的見(jiàn)解。