移動自動化時代的來臨——移動控制和監測的系統集成

摘要

可靠的無線功能正在促進移動監控和控制的發展。本文對移動功能在自動化和控制中的應用以及實現方式給出了很多參考和建議。

移動監測和控制功能正在與自動化、控制、和工廠車間的其它系統集成。隨著智能手機、平板電腦以及移動工業計算機的普及，移動技術正在通過智能設備應用於更多的工業監視或控制領域。

不斷增加的移動應用

美國康涅狄格州斯坦福德水污染控制管理局，正考慮採用平板電腦，以方便在工廠運營活動中實施移動監測。「很顯然，他們傾向於選擇無線解決方案。」來自於Diversified技術服務有限公司的認證無線安全專家Daniel E. Capano說。在對無線基礎設施進行升級改造之後，就可以對數據採集與監控（SCADA）系統進行升級。

圖中所示的是使用平板電腦實時監測和控制現場生產狀態。圖片來源：Garvey 公司

選擇無線方案進行系統升級似乎成為近年來的一種趨勢。來自於Garvey公司的控制工程師Robert Jardel介紹，在Garvey的整個工廠設施內都在使用移動技術。大概一年前，我加入到這個項目組，幫助公司完成移動控制方面的工作。以前，裝配工和技術人員在測試產品性能的時候，需要手動收集數據。然後這些信息幾經輾轉，傳送給多個部門，有時這些信息對時間要求比較高，這可能會進一步使過程複雜化。員工要在主控制面板間來回走動，調整變頻器的速度，然後再回到機器旁邊監控產品。如果轉速運行不好，則必須回到控制面板繼續調整轉速。對於這個問題，解決的辦法很簡單：使用可編程邏輯控制器（PLC），並給員工配置一個蘋果公司的iPad。

現在，員工在機器旁就可以隨時改變飛輪的轉速；以前在正常情況下需要兩個人完成的工作，現在只需要一名技術人員就可以完成，而且所用的時間只有原來的十分之一。除了易於使用，還有其它優點，比如，當最終調整到合適的速度時，只需要點擊某個按鈕，就可以將信息傳遞到公司網路的每一個相關人員，可覆蓋工程、投標、銷售等部門。

增加移動性應用也有助於解決工廠車間的溝通問題。用戶使用智能手機，不僅能獲得重要的設備信息，還可以與他人溝通和分享過程視頻。不過出於安全的考量，通常來說，這些應用程序負責處理監控數據，而不是太多的控制。

移動軟體，比如，mySCADA公司的Mymobile軟體，可以應用在很多領域。圖中所示的應用是水電廠的可視化顯示。圖片來源：mySCADA

移動軟體可以應用在很多方面。據mySCADA技術公司的營銷總監Barbora Plaminkova介紹，利用水電廠可視化，就可以從任何地方實現遠程監控生產狀態，無需親自前往現場，從而可以節約大量費用。如果有緊急情況發生，系統會自動向手機、平板電腦發送消息 /電子郵件，操作員、經理或業主立即就能知道發生了什麼事情。

不只是工業領域，在一些民用領域移動方案也得到越來越多的關注。Inductive自動化公司的銷售工程總監Travis Cox介紹了一個移動性應用很好的案例，就是為高爾夫球場、體育場館、度假村、公園等等場所提供服務的移動應用程序。它們具有監視和控制灌溉系統、泵站的能力。在這種情況下，所有數據都是遠程的，任何人都不在PLC附近。PLC與集中式系統通過蜂窩網路通訊，運行人員所擁有的唯一接入方式，就是一個行動電話。利用該應用程序，可以監控當前狀態、報警、趨勢、歷史數據以及更多其它數據。根據我們的了解，很多客戶希望使用移動裝置，來監控遠程設備和提供服務。

集成移動性的優勢

採用移動性解決方案到底能為用戶帶來什麼收益呢？據Capano稱，使用移動設備，至少可以節約一半的時間。在現場內部伺服器上，具有查找操作和維護數據的能力，據此可以找到備品備件的位置，這是實現收益的一種途徑。這需要給操作人員監視、控制、並最終實時控制工廠過程的能力，使運行人員從任何地方都能快速響應異常事件或突發事件。安全性和訪問控制也可以從移動設備上實現。

Jardel和 Garvey 公司的裝配和服務組長John G. Neil曾經一起工作，日復一日為這個移動項目而努力。Jardel說，你可以想像，剛開始向高層管理和銷售人員推銷這些解決方案，並不是特別順利。為什麼？因為那些顯而易見的疑慮：「不需要修理還沒壞的東西」，「我們一直是這樣做的」，「這要花多少錢」 ！？最終我們獲得了批准，在項目實施後的幾分鐘內，Garvey公司的技術人員就可以收到實時信息。隨後幾天，其它的工程人員就已經開始訂閱了；幾周內，銷售團隊就試圖把這些作為標準包的一部分提供給客戶。

「從長遠來看，客戶希望能夠利用移動系統，來提高日常運營的效率，以及生產線的可重複性和準確性。」Neil說。每個人都有一台智能手機，每個人都需要訪問數據。這也讓那些需要數據的人，能夠快速查看數據。

Plaminkova認為，集成移動性帶來最重要的收益是時間和費用的節約，而且具有可以從世界上任何地方監控生產的能力，這就為企業帶來了巨大的優勢。例如：太陽能電站過載時，它會自動關閉。如果類似事件發生，除非有人到達現場並對其做必要的檢查，否則的話系統不會自動恢復生產。但如果使用移動軟體的話，則永遠不會發生這種延遲，因為事故發生時，系統會自動發出通知。

移動性的安全問題

雖然移動性能帶來如此多的好處，但是對於工業用戶來說，安全問題仍然是永恆的話題之一。這些資產應該被整合進現有的自動化和控制系統中，或以其它方式傳送數據或信息嗎？

Capano建議使用基於開放標準的無線基礎設施，將工廠內的這些設備集成到現有的系統中。儘管任何WiFi連接都允許將VPN連接回工廠，但圍欄外的唯一選擇是移動蜂窩。

雖然移動功能使任何涉及運營人員的過程實現無縫鏈接，但是有時候面板並不總是位於最友好的區域。類似項目的投資回報周期，從幾個星期到幾個月不等。Jardel認為，最終用戶還需要考量基於網路的HMI以及一些必要的工程實施時間所帶來的成本。

出於安全原因，Cox建議這些資產應該使用中間件（如MQTT，消息隊列遙測傳輸）來交流信息。它們不應該直接和自動化或控制系統通訊，特別是如果我們想從任何地方獲取數據（不只是在工廠車間）的時候更應該如此。

那麼，移動監測和控制與其它系統應該集成到哪種程度才能保證安全性？ Capano認為，移動監控的應用，應該作為常規控制系統的補充，而不是替代。很明顯，無線是最佳的傳輸介質之一。

Jardel坦言，安全始終是一個問題；然而，在這個層面上的遠程監控，對最終用戶的風險較小。可以實現安全間隙，限制傳遞給管理層的某些信息。大多數HMI軟體提供單選按鈕，單擊就可以對其進行配置。此外，可以將訪問許可權限制到本地網路，從而進一步降低安全風險。

維護工作也能從移動監控中獲益，運營人員可以實時訪問設備。任何企業的老闆都知道，機器只有在運行的時候才能為其賺錢；如果機器沒有運行，它就在花錢。想像一下，如果運行人員在自己的手機上得到報警，第100號感測器失去了通訊，他就可以去現場查找問題，發現是感測器被叉車撞到了。幾分鐘後，感測器就被更換完畢，機器重新運轉起來。

數據採集和監控，是移動功能的一個完美應用。Cox認為，由於信息只讀，因此風險較低。如果能夠看到你所需要的數據，就會帶來巨大的好處。然而，控制帶來了很多安全問題，尤其是在利用雲存儲的時候。公司也需要提供實現移動功能的基礎設施。

在日常生活中，手機和平板電腦的使用已經司空見慣。Plaminkova相信，移動控制發電廠、生產線，或其它任何東西，將都可以成為日常生活的一部分。儘管人們都希望在辦公室或工廠花費更少的時間，但人們仍需要對無線技術有一個大概的了解。

成本比較：有線和無線解決方案

安裝無線基礎設施，可能沒有想像中的那麼麻煩，上面表格顯示斯坦福德水污染控制局實施無線接入解決方案比選擇有線方案更經濟。圖片來源：斯坦福德水污染控制局

集成移動性的建議

在考慮移動監視和控制的系統集成時，可以參考如下幾個建議:

開放的標準。Capano建議僅使用具有開放標準的設備和系統，除非您打算在整個過程中安裝完整的供應商解決方案，否則請避免使用專有系統。堅持使用開放標準，為未來的擴展預留空間，這樣可以大大降低成本。專有意味著額外的成本和複雜性。

做好準備。Jardel認為，任何想要實施移動技術的控制工程師，似乎都迫不及待。我們所處的時代，對信息的實時性要求非常高。為了應對具有這種想法的管理者，我們需要做好準備，滿足他們的需求。今後幾年，這項技術將成為規則，沒有例外。如果銷售代表花些時間，學習關於遠程監視和控制所能帶來的好處，他們就可以更好的宣傳，這樣最終用戶就有可能在工廠中使用該移動技術。大多數客戶都沒有意識到這一技術的存在，沒有意識到可以將其應用到他們的設施上。

確保安全。Cox認為對於企業來說，最好的建議是「安全第一」。確保在試圖向更多人提供數據時，不要將自己暴露在風險之下。使用諸如MQTT的中間件，提供傳輸層安全和訪問控制列表。在大多數情況下，需要確保傳輸的數據是只讀的。你應該不希望設備直接與工廠車間通訊。

隨著無線技術的成熟，移動應用程序正越來越多地集成到工業和家庭自動化行業中。通過監視和控制生產、查看趨勢和預防維護等功能，集成移動性後企業減少了大量時間和人力成本，從而使其在競爭激烈的信息化時代能夠領先於對手。

本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年9月刊《封面故事》欄目，原標題為：移動控制和監測的系統集成

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————本期雜誌封面————

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