“盡管工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)的首要任務(wù)是持續(xù)提供某些關(guān)鍵功能，但人們越來越關(guān)注于從自動化平臺獲取的可操作數(shù)據(jù)。”

　　任何工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)都必須日復(fù)一日地以正確的方式運(yùn)行機(jī)器和設(shè)備，以最大限度地提高生產(chǎn)率和易用性。然而，在當(dāng)今的運(yùn)營環(huán)境中，這已經(jīng)不夠了。用戶希望從所有類型的儀器和設(shè)備來源收集數(shù)據(jù)，以便查看、分析數(shù)據(jù)并采取行動。數(shù)據(jù)管理的各個方面，都已成為設(shè)計和部署控制系統(tǒng)不可或缺的一部分。

　　大多數(shù)最新的工業(yè)自動化設(shè)備都與以太網(wǎng)兼容，但這并不足以確保能夠輕松或方便地獲取它們收集和擁有的數(shù)據(jù)。這是由于數(shù)據(jù)源的多樣性，通常是因?yàn)榉墙Y(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)格式，再加上一些協(xié)議和自動化設(shè)備特有的性質(zhì)，可能會導(dǎo)致背景信息的缺失或丟失。

　　盡管對開發(fā)設(shè)計人員來講，應(yīng)用可編程邏輯控制器(PLC)和可編程自動化控制器(PAC)來滿足其自動化需求很重要，但需要進(jìn)一步評估哪些平臺可以滿足當(dāng)前和未來的數(shù)據(jù)管理和安全需求。

　　向用戶提供正確的數(shù)據(jù)

　　過去，許多較小的工廠和機(jī)器自動化系統(tǒng)都使用同一種體系結(jié)構(gòu)：PLC/PAC 安裝在現(xiàn)場，與傳統(tǒng)的I / O 連接，有時還與智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。PLC / PAC 與本地人機(jī)界(HMI)或現(xiàn)場監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)可視化和報警。只有更大的系統(tǒng)才能連接到更高層級的運(yùn)營或企業(yè)系統(tǒng)上，以進(jìn)行更大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理(圖1)。

　　▎圖1 ：傳統(tǒng)的自動化體系和層次結(jié)構(gòu)以前只與較大系統(tǒng)連接，現(xiàn)在同樣適用于訪問較小且本地化的數(shù)據(jù)源。圖片來源：Automation Direct

　　推動更好的數(shù)據(jù)連接的部分原因是有更多功能更強(qiáng)的數(shù)據(jù)源，以及數(shù)據(jù)目的地(尤其是基于云的資源)的更大靈活性。將正確的數(shù)據(jù)提供給正確的用戶，對于不同規(guī)模的系統(tǒng)，甚至是單個機(jī)器或本地化的監(jiān)控系統(tǒng)來說，都非常重要。常見的數(shù)據(jù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)應(yīng)用包括：遠(yuǎn)程/ 移動可視化;報警/ 通知;歷史數(shù)據(jù)庫和分析應(yīng)用等。

　　實(shí)施這些應(yīng)用所需的功能一直在改進(jìn)。越來越多的P LC / PAC 支持更新的通信協(xié)議，某些PLC / PAC 的發(fā)展已經(jīng)使得開發(fā)人員可以創(chuàng)建和保存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時保持或增強(qiáng)背景信息。

　　包括EtherNet/IP、Profinet 和IO Link在內(nèi)的現(xiàn)代現(xiàn)場總線協(xié)議，可以向PLC/PAC提供結(jié)構(gòu)化的儀器和設(shè)備數(shù)據(jù)。雖然較舊的控制器可能無法使用這類結(jié)構(gòu)，但較新的平臺可以保留或創(chuàng)建這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)镋RP、MES和其它高級IIoT應(yīng)用在使用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時通?？梢愿玫毓ぷ鳌?/p>

　　克服PLC控制的非結(jié)構(gòu)化障礙

　　非結(jié)構(gòu)化和沒有背景信息的數(shù)據(jù)(基本上就是單個原始數(shù)據(jù)，沒有任何縮放、工程單位或其它描述性背景信息)是長期以來一直使用的模式，許多本地HMI 和SCADA系統(tǒng)仍在使用它。這種經(jīng)典的方法是可行的，但它需要大量前期管理工作和支持，以便在數(shù)據(jù)從源頭傳輸?shù)絇LC/PAC、HMI/SCADA以及其它地方時，正確地映射和使用數(shù)據(jù)。

　　結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為多個關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，嵌入有用的資產(chǎn)信息。無論數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)場儀表，還是作為基于PLC /PAC 的控制方案的一部分，情況都是如此。一個例子是具有主驅(qū)動、刀具驅(qū)動和加熱器PID 的注塑機(jī)，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)將包括變速驅(qū)動(VSD)指令和監(jiān)控參數(shù)、溫度和其它衍生值，如狀態(tài)、故障和能量信息(圖2)。

　　▎圖2: 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是對由PLC/PAC 監(jiān)控的資產(chǎn)進(jìn)行建模的一種有效方法。

　　開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是對由PLC/PAC 監(jiān)控的資產(chǎn)進(jìn)行建模的一種有效方法，具有諸多好處：

　　結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以從PLC/PAC 擴(kuò)展到各種應(yīng)用目的，包括HMI、SCADA、歷史數(shù)據(jù)庫、MES、ERP 等。

　　開發(fā)人員可以創(chuàng)建邏輯層次結(jié)構(gòu)，對資產(chǎn)及其在制造設(shè)施中的角色進(jìn)行建模。

　　用戶發(fā)現(xiàn)使用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)更簡單，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)可以與人類可讀的資產(chǎn)名稱相關(guān)聯(lián)。

　　使用通用資產(chǎn)模型可以簡化更高級別應(yīng)用甚至外部用戶的訪問，因?yàn)樵谕ㄟ^多個架構(gòu)結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)時，無需投入時間進(jìn)行逆向工程。

　　當(dāng)然，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和資產(chǎn)定義提供的組織形式，確實(shí)增加了一定程度的復(fù)雜性，而且還需要考慮后續(xù)的數(shù)據(jù)訪問。訪問控制可以提供改進(jìn)的安全性，從而可以緩解這些問題。通常來說，好處大于其帶來的復(fù)雜性。

　　結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使客戶端應(yīng)用程序(通常與更高層級的處理相關(guān))，能夠聚合數(shù)據(jù)、豐富信息并比較相同類型的資產(chǎn)之間的結(jié)果，即使它們位于許多不同的位置。首次接觸結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的最終用戶會發(fā)現(xiàn)，將ISA -95 標(biāo)準(zhǔn)作為為開發(fā)有效的層次結(jié)構(gòu)模型和創(chuàng)建對象定義提供指導(dǎo)的資源進(jìn)行審查會很有幫助。

　　通過PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)安全性

　　與傳統(tǒng)版本相比，現(xiàn)代PLC/PAC 更加注重數(shù)據(jù)處理，并且正在制定相關(guān)規(guī)則，用于確定哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)值和屬性向外部客戶端公開，以及哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)值和屬性保留在PLC / PAC 內(nèi)部。這種粒度控制允許設(shè)計人員根據(jù)用戶角色將數(shù)據(jù)訪問權(quán)限分配給用戶。

　　除了提供訪問控制外，開發(fā)人員還可以將數(shù)據(jù)標(biāo)記定義為“無訪問權(quán)限”、“只讀”或“完全訪問權(quán)限”。這種訪問可以在結(jié)構(gòu)級別定義一次，然后應(yīng)用于所有創(chuàng)建的實(shí)例?？刂泼總€人可以訪問的內(nèi)容，以及每個人可以采取什么行動，與沒有此類規(guī)定的舊PLC/PAC 相比，顯著改進(jìn)了安全性，并改進(jìn)了OT 和IT 之間傳輸數(shù)據(jù)的處理(圖3)。

　　▎圖3：PLC 為設(shè)計人員提供了更好的控制選項(xiàng)來定義數(shù)據(jù)訪問，從而改進(jìn)了OT和IT之間傳輸數(shù)據(jù)的處理。

　　由于PLC / PAC 通常用作本地獨(dú)立控制器，甚至更新的版本也傾向于將安全性作為 “本地孤島”來管理用戶/ 客戶端角色。企業(yè)IT幾乎總是采用綜合的、基于角色的用戶/ 客戶端訪問，但大多數(shù)PLC / PAC 與企業(yè)安全基礎(chǔ)設(shè)施的集成有限或根本沒有集成。隨著基于邊緣的控制器數(shù)量及其所處理數(shù)據(jù)量的增加，本地PLC/PAC 的安全管理成為更大的負(fù)擔(dān)。

　　正如PLC / PAC 從基本控制器演變?yōu)閿?shù)據(jù)處理器一樣，它們需要通過提供集成的安全功能來繼續(xù)這種演變?；贠T 的設(shè)備(如PLC/PAC)與基于IT 的安全性的緊密集成，將鞏固對這些系統(tǒng)的管理，但需要IT 和OT 團(tuán)隊(duì)之間的通力合作。

　　未來的PLC/PAC更強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)和安全性

　　在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，PLC 和PAC 控制設(shè)備的能力已得到充分證實(shí)。之所以這樣，在一定程度上是因?yàn)镻LC / PAC 供應(yīng)商在采用新技術(shù)方面進(jìn)展緩慢，除非能夠獲得更高的性能。傳統(tǒng)的PLC / PAC 有著龐大的安裝量，并繼續(xù)被用于執(zhí)行新任務(wù)。

　　然而，當(dāng)今老用戶的期望、對采用先進(jìn)制造方法的需求，以及網(wǎng)絡(luò)安全威脅帶來的加速風(fēng)險等諸多因素將會共同作用，改變這些常規(guī)做法。

　　對于改造項(xiàng)目和新項(xiàng)目，設(shè)計師應(yīng)評估PLC/PAC 產(chǎn)品的數(shù)據(jù)處理和安全性。這項(xiàng)任務(wù)相對比較容易，因?yàn)镻LC/PAC 的創(chuàng)新，包括一些采用現(xiàn)代IT 開源概念的創(chuàng)新，為開發(fā)和設(shè)計人員的連接應(yīng)用提供了更好的選擇。

　　關(guān)鍵概念：

　　■ 了解PLC和PAC能實(shí)現(xiàn)的功能不僅僅提供自動化。

　　■ 應(yīng)評估PLC和PAC安全處理數(shù)據(jù)的能力。

　　■ 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是對由PLC和PAC監(jiān)控的資產(chǎn)進(jìn)行建模的有效方法。

　　思考一下：

　　與10年前相比，今天您使用PLC和PAC的方式有何不同?