基于确定性广域网技术下一代工业控制架构将如何升级？

作者：天博克罗地亚  时间:2024-09-10 21:26:58

  在智能调度系统操控室内，工作人员一按下按钮，数千米外的炼钢转炉便开启“一键炼钢”模式；通过实时监控现场情况，工程师在发现故障时便及时进行远程运维……

  在工业4.0时代，这样的场景越来越常见。随着大数据、云计算等IT技术和工业控制领域OT技术的不断融合，工业互联网和人机一体化智能系统已是大势所趋，而确定性广域网技术也成为下一代工业控制管理系统不可或缺的一环。

  近日，华为与紫金山实验室、上海交通大学、宝信软件合作发布了全球首个广域云化PLC（可编程控制器）技术试验成果。本次试验基于确定性广域网技术和下一代工业控制边缘计算架构，在CENI（未来网络试验设施）上实现了沪宁两地间传输距离近600公里的广域云化PLC工业控制管理系统的部署和稳定运行。

  为什么四方会合作完成这样一次试验？本次试验具有怎样的意义？基于此次试验，未来各方又会怎么样做布局？针对这样一些问题，记者正常采访了上海交通大学自动化系副教授戴文斌。

  工业互联网的发展正在推动公司制作系统走向现场少人化、无人化，实现降本增效、安全生产。工业控制管理系统加速走向远程集中控制模式，让操作人能在更安全、更舒适的集中控制室完成生产任务，也让大规模的公司得以在更大范围内实现总部、多基地之间的生产要素调度和优化。为此，工业控制管理系统需要走向广域化，确定性广域网技术成为下一代工业控制管理系统不可或缺的一部分。

  然而，戴文斌坦言，“工业控制管理系统对实时性要求非常苛刻，这导致传统工业控制管理系统一直未能广泛采用IP协议，存在工控协议‘七国八制’、系统不够开放、数据难以互通的问题。为推动工业互联网的发展，现有的工业控制管理系统亟待优化。”

  基于此，业界进行了一系列探索。记者获悉，2020年6月，华为与紫金山实验室等合作，在未来网络试验设施上进行了确定性广域网技术试验。该次试验在跨3000公里、13跳设备的网络中，把时延抖动控制在100μs以内，而未启用确定性广域网技术的传统IP流量时延抖动达到了2.8ms。同时，当背景干扰流持续增加时，确定性广域网时延抖动保持恒定，而传统IP流量的时延抖动随背景流增加而增长。

  在过去的一年中，各方进一步开展了产学研用合作创新，将确定性广域网技术运用到工业网络场景中。此次华为还与紫金山实验室、上海交通大学、宝信软件开展了广域云化PLC合作，完成了全球首个广域云化PLC场景化技术试验。

  据戴文斌介绍，本次试验依托未来网络试验设施在沪宁两地间构建确定性广域网环境，并做试验验证。

  其中，云化PLC部署在上海，由宝信软件采用通用架构实现，包括鲲鹏CPU、欧拉操作系统、基于IEC61499 标准的PLC集成开发及运行环境。同时，云化PLC采用通用IP协议（互联网协议）。本次所验证的确定性广域网环境，由4个DIP设备组成，传输路径近600公里，在重载背景流量冲击下，该环境实现了20us以内的时延抖动控制，且网络时延可有效保障在4ms以内，满足了典型云化PLC业务的需求。

  在戴文斌看来，此次试验展示了未来工业控制管理系统的特征，并对下一代工业控制管理系统进行了验证。“从技术方面来说，我们具备了对工业做一些革命性变化的能力。当然后面要做的事情还有很多，但到目前为止，我们已证明了这是可行的。”

  他进一步解释道，“基于IEC61499标准，我们运用低代码、图形化、模块化的开发方法，实现架构的统一。而通过通用边缘计算架构，我们大家可以实现更方便的分布式的部署。同时，开放的IP网络协议使得相关厂商无需购买硬件或者芯片，只需启用新的网络跟新的软件就可以升级为下一代工业控制管理系统。本次试验是IT技术和OT技术深层次地融合的重大突破，必将加速下一代工业控制架构的升级进程。”

  针对此次试验，紫金山实验室主任、中国工程院院士刘韵洁指出，“本次试验是产学研用合作共赢的创新成果，进一步验证了确定性广域网技术应用于工业生产控制业务的能力，有望加速云化PLC的发展，带动下一代工业控制边缘计算架构的发展和升级。”

  而华为数据通信产品线总裁胡克文则表示，“设备网联化、联接IP化、网络智能化的先进工业网络是工业互联网发展的基础。本次创新试验加速了工业网络IP化的进程，有利于消除数字化转型中的信息孤岛，用先进工业网络加速数据资产的生产、流动和价值变现。”

  值得一提的是，此次试验对我国制造业“强链”来说有重要意义。戴文斌和记者说，“这次试验采用了鲲鹏CPU、欧拉操作系统、以及上海交大提供的基于IEC 61499标准的PLC集成开发环境和运行环境，基于通用计算和标准IP协议，构筑了工控边缘计算节点，实现了全栈国产化系统的雏形。”

  在本次试验成功的基础上，未来各方又会怎么样做布局？据戴文斌透露，“首先，我们将把这次的试验成果落到实际的生产场景里面，我们会先选择2到3个实际场景，然后测试其在实际场景下的长期运行效果。”

  其中，宝武集团便是一个重要的实际应用场景。“宝武集团的‘钢铁大脑’在上海，但是所有的执行单元都在外地，比如湛江、武汉，此次试验成果将进一步支撑宝武集团的钢铁大脑核心战略。”戴文斌说。

  对此，中国宝武工业互联网研究院副院长、宝信软件副总经理钱卫东表示，“本次创新试验的成功，将加速宝武集团实现‘四个一律’（操作室一律集中、操作岗位一律机器人、运维一律远程、服务环节一律上线），迈向以‘三跨融合’（跨产业、跨空间、跨人机界面融合）为特征的钢铁行业智慧制造2.0解决方案，重塑钢铁新生态。”

  此外，戴文斌还和记者说，“为进一步向工业场景渗透，我们将与更多的行业领军者进行深入交流，从而更加贴合他们的需求，以此帮助试验涉及的技术快速地转化落地。这对中国工业互联网的战略落地，以及有关技术的价值实现来说，有很大的意义。”