想要提供全新數(shù)字化服務(wù)，需要的不僅是能夠?yàn)閿?shù)字化雙胞胎 (digital twin) 提供數(shù)據(jù)的智能對(duì)象和相應(yīng)應(yīng)用,更重要的是要部署數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施的第一核心要素是為應(yīng)用提供運(yùn)行環(huán)境的平臺(tái)層，包括將數(shù)據(jù)實(shí)際存儲(chǔ)于“數(shù)據(jù)池” 中等服務(wù)，或用于提供應(yīng)用和使用付費(fèi)的應(yīng)用商店。 

第二個(gè)核心要素是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層的作用是在現(xiàn)場(chǎng)傳感器和基于云的應(yīng)用之間提供必要的連接。網(wǎng)絡(luò)層的要求十分嚴(yán)苛：除了常規(guī)的工業(yè)能力（高可用性和服務(wù)質(zhì)量 保證）之外，還要具有能確保靈活性和數(shù)據(jù)安全性的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)。架構(gòu)靈活性非常重要，因?yàn)檫@有利于相對(duì)快速地更改 IIoT 中的要求：對(duì)于每個(gè)新應(yīng)用，可能需要在不影響自動(dòng)化環(huán)境變化的情況下挖掘新的數(shù)據(jù)源。 

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 物聯(lián)網(wǎng)的核心由高性能、靈活和安全的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)段 

現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化環(huán)境的所有單元之間建立連接。為了滿足日益增加的工業(yè)應(yīng)用需求，推薦您使用具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層和段的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 

在機(jī)器或生產(chǎn)單元層（控制器、分布式 I/O 模塊、逆變器、 操作單元）中，橫向通信占主導(dǎo)地位，即在機(jī)器之間（機(jī)器對(duì)機(jī)器）和生產(chǎn)單元內(nèi)或它們之間交換小數(shù)據(jù)包，傳輸距離 大多很短（不超過100 米）。有時(shí)，通信必須同時(shí)具有確定性、故障安全保護(hù)、高可用性和未授權(quán)訪問保護(hù)。 

這一領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)為基于以太網(wǎng)的 TCP/IP 協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)以及 PROFINET 等專用協(xié)議。OPC UA 適用于獨(dú)立于制造商的數(shù)據(jù)交換或數(shù)據(jù)傳輸，以便在基于云的系統(tǒng)中進(jìn)行分析和進(jìn)一步的處理。多協(xié)議網(wǎng)關(guān)和連接模塊也可以實(shí)現(xiàn)其他現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的連接，例如 PROFIBUS、AS-Interface (AS-I) 或 HART，尤其是對(duì)現(xiàn)有裝置的集成。 

由于網(wǎng)絡(luò)安全原因，對(duì)生產(chǎn)單元層的訪問權(quán)限也僅授予授權(quán)用戶（生產(chǎn)單元保護(hù)方案）。這最好通過專用安全模塊來實(shí)現(xiàn)，例如從 SCALANCE SC-600 系列實(shí)現(xiàn)，該系列采用標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制，包括防火墻保護(hù)和 VPN 加密。

然后，各個(gè)生產(chǎn)單元或多或少會(huì)在生產(chǎn)環(huán)境中形成自給網(wǎng)段。

在車間網(wǎng)絡(luò)中，可以集中捆綁生產(chǎn)車間中的幾臺(tái)機(jī)器或系統(tǒng)， 使其具有清晰的結(jié)構(gòu)并且更加透明。這種做法十分合理，因?yàn)闄C(jī)器有時(shí)必須在生產(chǎn)單元之間快速交換數(shù)據(jù)。在車間網(wǎng)絡(luò)中，由于距離較遠(yuǎn)，光纖連接很適合匯聚層的較低聚合級(jí)別。 

冗余互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組件（例如 SCALANCE XM-400，其傳輸速率高達(dá) 1 Gbps）適用于處理更大量的數(shù)據(jù)。XM-400 的優(yōu)勢(shì)在于其模塊化設(shè)計(jì) - 設(shè)備會(huì)隨著其任務(wù)擴(kuò)展。 

工業(yè)骨干網(wǎng)位于匯聚層的上部，由冗余光纖環(huán)組成，通過冗余（機(jī)架）交換機(jī)聚集所有下級(jí)區(qū)域的數(shù)據(jù)，并構(gòu)成辦公室 IT 系統(tǒng)的接口。這里的傳輸速度將擴(kuò)展至 10 Gbps。工業(yè)以太網(wǎng)已將自身構(gòu)建為標(biāo)準(zhǔn)通信子協(xié)議。向企業(yè) IT 系統(tǒng)核心層的過渡通過防火墻進(jìn)行保護(hù)，向處理或提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需信息的工業(yè)數(shù)據(jù)中心的過渡亦是如此。 

在這種情況下，SCALANCE XR-500 交換機(jī)是首選。此外， 還建議在適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)層中使用 SINEC NMS 等。 

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生產(chǎn)和物流數(shù)字化保證了公司的關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，例如能源管理應(yīng)用

無線通信  

只有當(dāng)相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備擁有通信端口時(shí)，才能用有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆啤?nbsp;

但是，大數(shù)據(jù)對(duì)傳輸容器、工具或?qū)嶋H產(chǎn)品等對(duì)象也有用。 這正是各種無線技術(shù)發(fā)揮作用的地方，這些技術(shù)可以縮小 （以太網(wǎng)）通信網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際生產(chǎn)對(duì)象之間的差距。無線 LAN (WLAN)、無線射頻識(shí)別技術(shù) (RFID) 和實(shí)時(shí)定位系統(tǒng) (RTLS) 之間存在差別。 

WLAN 網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用并適用于各種任務(wù)，還可以在同一無線網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)使用，但會(huì)受到帶寬要求限制。 SCALANCE W系列中產(chǎn)品特別符合堅(jiān)固、靈活和高性能的工業(yè)要求，而且還能實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)用（無線安全）。 

作為無線網(wǎng)絡(luò)的配對(duì)設(shè)備，支持 WLAN 的傳感器必不可少。 這類傳感器可以根據(jù)工廠需要，帶來不同功效。例如，支持 WLAN 的傳感器可以節(jié)省相當(dāng)大的布線成本，尤其是在工廠的某些點(diǎn)（如室外）沒有通信基礎(chǔ)設(shè)施的情況下。 在布線根本不可行的情況下，從移動(dòng)對(duì)象到云的數(shù)據(jù)傳輸還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如，西門子驅(qū)動(dòng)使用的SIMOTICS IQ 說明了在 IIoT 中使用 WLAN 的方法。

SIMOTICS IQ 是一個(gè)易于操作的傳感器盒，可以在不干擾驅(qū) 動(dòng)本身的情況下捕獲各種驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并通過 WLAN 傳輸至云。 例如，您可以使用RUGGEDCOM RX1400作為接入點(diǎn)，將收集的數(shù)據(jù)記錄通過移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云。 

作為 IIoT 的第二項(xiàng)技術(shù)，RFID 系統(tǒng)已經(jīng)在生產(chǎn)控制和物流應(yīng)用中使用多年。在這個(gè)系統(tǒng)中，所有相關(guān)對(duì)象均配備小型 無線電芯片（電子標(biāo)簽），RFID 讀寫器可以通過無線電對(duì) 其進(jìn)行讀取和寫入。 根據(jù)具體過程，RFID電子標(biāo)簽可以直接插入實(shí)際產(chǎn)品中 （例如電子銘牌）或固定到工件輸送架上以備多次使用。 

最后但同樣重要的是，實(shí)時(shí)定位系統(tǒng) (RTLS) 也已開始在工廠車間中占得一席之位。與 RFID 類似，所有相關(guān)對(duì)象均提供電子標(biāo)簽，但與 RFID 不同的是，RTLS 標(biāo)簽屬于有源標(biāo) 簽。 

通過錨定基站網(wǎng)絡(luò)（與 WLAN 中的接入點(diǎn)類似），電子標(biāo)簽 從x、y、z三個(gè)維度定位，必要時(shí)可每秒更新一次位置。位置數(shù)據(jù)從這里傳送給定位管理器，然后由定位管理器發(fā)送至各種目標(biāo)系統(tǒng)。 此外，SIMATIC RTLS 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)還提供一個(gè)反饋信道， 可以在集成到電子標(biāo)簽中的電子墨水屏上顯示位置相關(guān)信息。 

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)概念，用于將基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)連接至公司網(wǎng)絡(luò) 

充分利用先進(jìn)技術(shù) 

僅憑一流的網(wǎng)絡(luò)組件并不能構(gòu)建一流的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，按需定制的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)同樣必不可少。 

西門子為工業(yè)通信所有環(huán)節(jié)提供從培訓(xùn)到咨詢和設(shè)計(jì)，再到集成與實(shí)施的全方位服務(wù)。 

面向未來的技術(shù)和最佳實(shí)踐的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，為當(dāng)今制造公司的新數(shù)字化應(yīng)用創(chuàng)造先決條件。