工業物聯網和M2M通信及其在工業自動化與控制系統中的作用

為了讓系統無所不在，并且優化操作吞吐量和機器生產率，企業正在連接并整合一系列更智能的傳感器、機器人、執行器和控制器。工業物聯網和M2M通信解決方案都將遠程設備訪問作為其共同的核心，并在無需任何人工控制的情況下提供設備之間的通信。他們的目標基本上相同（為了實現連接），但實現盈利的方法卻有所不同。

M2M通信是什么？

M2M開發對工業物聯網的實現至關重要。M2M本質上屬于固網點對點通信，在特定應用、相同類型的設備之間實現不同的協議。M2M設備同意對所附數據的請求或自動傳輸這些數據。這些可以是各種各樣的溫度傳感器和運動探測器。如果被監控的機器足夠復雜，可以使用M2M模塊作為允許進行數據傳輸的調制解調器。然而，具有簡單電路和開關的機器不具智能性，因此被置于由M2M模塊控制的從屬角色。

M2M網關提供M2M設備的互聯，并轉發從通信網絡收集的數據。通信網絡是實現M2M網關與M2M最終用戶應用或服務器之間通信的基礎設施。為此，可以使用蜂窩網絡、電話線和通信衛星，如圖2所示?？?a target="_blank">編程邏輯控制器（PLC）現在可以控制M2M通信系統。PLC是監控和數據采集（SCADA）的重要組成部分，SCADA是一種用于管理大規模自動化工業操作的監控系統。標準M2M系統是與互聯網分離的專有系統，不提供更廣泛的服務、應用程序和分析。因此，M2M系統被稱為“孤立”或單用途/專用的技術，在控制特定工業工藝方面表現出色。但是，它們不能與企業的ERP、PLM或SCM系統共享數據。

e絡盟與許多不同的供應商合作，如施耐德、西門子、三菱、霍尼韋爾、ABB、MulticomPro等，他們生產諸如PLC、HMI、工業物聯網網關、M2M網關等廣泛的產品組合，以滿足工業自動化與控制系統中工業物聯網和 M2M 通信的多項要求。（欲了解更多信息，請訪問e絡盟官網。）

圖1：M2M通信的基本架構

工業物聯網是什么？

工業物聯網（IIoT）是在工業以太網基礎上開發有價值的應用程序和業務功能的新模式，它將車間完全連接在一起。工業物聯網網絡連接諸如工業機器人等機器、機械和連接的傳感器，從而實現機器之間的通信。這種設備采用各種可以通過互聯網發送數據的執行器和傳感器。物聯網由用于M2M通信的設備組成。工業物聯網產生實時可操作的信息，可幫助運營商更有效地實現工廠運營。這些系統使業務操作的集成水平更高，從而增加利潤并降低成本。

借助工業物聯網和M2M通信，采用智能設備將各種生產工藝集成在一起，這種安排能夠生成并積累工業數據。工業互聯網聯盟和工業4.0將這類想法匯集到行業中，并專注于將不同的生產工藝與先進的互聯網分析和計算能力結合在一起。

這方面有一個很好的例子，那便是安富利SmartEdge工業物聯網網關，它將傳感器和其他幾臺設備連接到云。用戶可以從有互聯網連接的任何位置，通過完全可定制的Web門戶查看狀態并控制連接的設備。該網關基于樹莓派的Broadcom BCM2837 SoC，這是一款64位四核Arm Cortex-A53，可提供高性能的計算能力。（欲了解安富利SmartEdge工業物聯網網關的更多信息，請訪問e絡盟官網。）

在此之上是用于捕獲和分析連續工藝歷史記錄的設施，以及用于計劃和調度生產活動的工具，這些活動將傳遞到較低層進行執行。在工業物聯網情況下，基于云存儲運行的應用包括面向工業企業的應用，如計劃或調度、優化和工程。

圖2：工業物聯網的基本架構

M2M通信與工業物聯網的主要區別

工業物聯網和M2M這兩個術語有著共同的根源，因為它們都指向相同的起源：互連到工業控制系統以實現實際結果的設備。然而，工業物聯網提供傳統M2M系統無法提供的關鍵功能。M2M系統設計為控制一個專用工藝，通常是一臺工業機器或一組互連的機器。這一點是使用嵌入式硬件模塊和運行專用應用程序的點對點通信，通過無線或有線連接實現的。工業物聯網系統利用互聯網將設備數據發送到云，在云端應用多種服務和應用程序。

圖3：M2M通信的基本架構
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總結：M2M通信和工業物聯網之間的區別

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工業物聯網系統使企業在整個系統內共享數據，從而提取商業智能分析，更好地進行運營管理。從部署封閉的孤島到部署多功能開放式工業物聯網技術的轉變，使傳感器和設備數據能夠與其他企業應用（如大數據和分析）集成在一起。M2M系統通過機器級或設備服務改進來解決問題，而工業物聯網系統則利用大數據和分析來獲得企業范圍的改進。

M2M系統通過遠程診斷、更新和遠程故障排除等功能減少與服務相關的費用，最大限度地減少現場服務工程師的遠距離派遣。相比之下，工業物聯網系統著重運營改進，并通過云提供信息產品即服務。換句話說，工業物聯網標志著從硬件（如連接和設備）到軟件（如服務、可操作的知識和數據）的轉變，從而促進運營。

M2M與工業物聯網，哪一個解決方案是企業的最佳選擇？

企業選擇哪一個解決方案取決于其想從設備通信技術中得到什么。在設計網絡時，沒有自由發揮的空間，因此企業應根據實際需求選擇最適合應用的解決方案。

如果符合以下條件，選擇M2M技術將是明智之舉：

應用需要在機器之間進行點對點通信

對企業網絡來說，快速擴展能力是次要問題

出于安全考慮，設備網絡被隔離

應用具有一組有限的特定機器通信需求，需要快速可靠地執行

企業的應用程序必須獨立運行，無論是否有互聯網連接

相反，如果符合以下條件，工業物聯網將是企業的最佳選擇：

企業應用需要跨網絡云實現多個不同設備的實時同步

企業應用需要為更多的用戶和設備提供簡單而流暢的可擴展性

企業應用必須能夠使其設備和數據兼容各種標準

企業的設備需要快速、可靠地實現互聯網接入

企業的網絡設備需要能夠同時與多個其他設備通信

結語

M2M和工業物聯網大致相似。M2M涉及機器、設備和智能手機，而工業物聯網涉及基于網絡的物理系統，如傳感器。M2M專注于維護層面，例如提醒制造商注意可能的機器缺陷，而工業物聯網用于集成龐大的系統。M2M以硬件為中心，而工業物聯網以軟件為基礎。

優化電機和相關設備的效率是節省能源的一大機遇，既可以削減運營成本，又可以減少我們的碳排放。

一方面，電機系統通常陳舊且效率低下，在依賴電機和驅動器的行業中占據了70%的電力需求。? 另一方面，IEA強調，可以通過加強能源效率措施來實現將溫室氣體排放量減少40%以上，從而在2040年兌現《巴黎協定》承諾并實現氣候目標。目前全球各行各業正在使用的電機驅動系統高達數億，由此可見，高效設備的影響不容小覷。
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