《工业互联网平台应用》课件-工业网关选型

工业网关选型工业互联网平台应用5MIE分析法2网关选型的考虑因素1工业网关的作用3工业网关的选型分析目录工业网关选型工业互联网平台应用工业网关的作用5MIE分析法工业互联网平台应用数据采集上云需要根据调研所了解到的现场设备通信接口、通信协议、需要采集的点数等信息，在市场上寻找能匹配的工业网关的品牌型号。工业网关是一款采用嵌入式硬件的计算机设备，具有多个用于连接设备的下行通信接口（南向接口），一个或者多个用于连接工业互联网平台或采集系统的上行网络接口（北向接口），通过连接两个或多个异构的网络，使之能够互相通信，实现不同协议之间的数据交互。工业网关的作用5MIE分析法工业互联网平台应用工业网关能够实现桥梁作用的关键，是具有协议转换功能。工业生产设备使用的控制器（如数控系统、工业机器人、PLC等）一般都采用私有或专用的工控协议，如常见的标准工控协议Modbus、ProfiBus、OPCUA和BACnet等，工业工业网关与设备连接时，需要对这些协议进行解析。北向连接互联网，使用的一般是物联网协议，如MQTT、COAP等协议，工业网关需要将从设备获取的数据封装为物联网协议所需的数据包格式，才能发送到工业互联网平台。针对不同的应用场景，工业网关还能有存储功能、安全管理、设备管理、网关配置、空中升级（OTA）等功能。网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用工业网关作为工业互联网平台与设备层连接的窗口，应根据工业现场的实际情况，支持适合的网络格式，并具备对应设备的行业接口，能直接与工业设备通信。通过有线、无线多种连接方式连接工业以太网或互联网，实现终端设备有效接入工业互联网平台。因此，对工业网关进行选型时，需要根据不同的现场情况和设备情况考虑以下指标。由于企业需要进行互联的工业设备已经部署在工业现场执行生产任务，这些设备存在着系统架构不同、通信协议不同等异构特性，特别是大量设备存在私有协议，给互联互通带来很多困难，如果将这些工业设备全部更新换代成使用统一标准接口的终端设备需要耗费大量的资金，这是很难实现的。既然工业设备的标准化难以实现，那么在为项目选型工业网关时，就需要考虑该网关是否支持对应的工业现场设备的通信协议。（1）支持的工业通信协议网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用工业网关选型时，需要根据现场工业设备的接口、串口种类和数量需求，选择符合要求的工业网关产品，否则需要增加转接设备，增加额外成本。（2）支持的设备通信接口（3）可转发的平台接口工业网关采集到工业设备数据之后，需要把数据转发到工业互联网平台，因此需要具备转发到工业互联网平台的接口协议，在选型的时候需要考虑选用的工业网关的转发接口是否匹配要对接的工业互联网平台。网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用数据采集点数也是工业网关的重要影响因素，为项目选型工业网关时，需要根据业务需求和设备采集点表考虑，网关最大支持的采集点数必须大于业务需求的点数，并留有一定的冗余，以保证扩展性；其次，要保证传输精度和采集速率，从而确保数据的准确性和实时性。（4）最大的采集点数网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用联网方式是指工业网关与工业互联网平台的联网通信方式。工业网关的联网方式与使用环境相关，通常的联网方式有：蜂窝（4G、5G等）、以太网、WIFI等。需要根据工业现场环境、平台服务器部署要求来确定联网方式。蜂窝方式网络更加独立不受现有网络布局限制，但有资费支出，且有信号要求；以太网方式网络最稳定，但需结合现有网络布局进行布线；WIFI方式，不受现有网络布局限制，但网络易出现波动。（5）网关的联网方式网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用鉴于工业的高可靠性要求，工业网关应满足恶劣的工业现场环境和日益复杂的工业过程控制要求。网关需要坚固耐用，具有较宽的工作温度范围、较强的抗电磁干扰能力等。还需要保证数据采集及通信的可靠性，在最大最小通信速率下，数据丢包率和数据错误率要在允许的误差范围内。工业网关能适应的工作环境的温湿度需要满足工业现场的环境温湿度范围、抗电磁干扰要求、IP防护等级要求等。（6）网关的可靠性说明：抗电磁干扰能力，使用EMC等级进行判断，EMC标准分为1~4级，等级越高抗干扰能力越好。电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用硬盘：是网关主要的存储设备，除存储程序固件及配置文件外，还缓存一些数据。（7）网关的硬件配置说明：断点续传：在一些极端的工业场景下，比如偏远地区的工厂、或者是发生自然灾害，网络的不确定性很大，为适应现场网络的不确定性、提高工业网关的容错机制，在选型时需要考虑断点续传能力，确保在遇到网络中断时，网关继续准确采集，将数据缓存到非易失设备中，并在网络恢复正常时，把缓存数据通过转发通道补传到工业云平台。网关选型的考虑因素5MIE分析法工业互联网平台应用随着计算能力的不断下沉，已涌现出越来越多的边缘计算网关。现场采集的实时数据在工业网关内部进行本地处理、清洗、存储，甚至在本地完成分析和决策，最后将数据上传到云端。这样减少了单个传感器和云端的计算负担，以及机器与机器之间的沟通流量。如果工业现场对快速处理并反馈设备的实时数据有明确需求，选型工业网关可以把边缘计算能力考虑进去。一般情况下，工业网关的边缘计算不作为主要指标进行工业网关选型考虑。（8）网关边缘的计算能力工业网关的选型分析5MIE分析法工业互联网平台应用考虑因素项目要求GBox匹配情况支持的工业通信协议本项目要求使用的工业通信协议为SIEMENSS7-1200_Network支持西门子、三菱、施耐德等多个品牌的500多种协议设备接口本项目要求使用以太网口进行连接具有串行接口、以太网口、4G转发接口本项目需要把采集到的数据转发到根云平台支持包括根云平台在内的30多种转发接口采集点数本项目要求需要的采集点数不多于100个满足最大1000个采集点联网方式本项目要求采用4G上网方式支持WIFI、WAN、移动网络三种上网方式考虑因素项目要求GBox匹配情况可靠性要求本项目的使用环境为室内，环境温度为-10℃-40℃，环境湿度为20-70％RH，无其他特殊要求工作温度：-25～55℃存储温度：-40～70℃环境湿度：10～90％RH（无冷凝）电磁兼容：CE、FCC认证，EMC3级IP防护：40采集频率本项目要求最低采集周期为1s最快采集周期20ms断点续传存储容量要求不低于1G