基於確定性廣域網技術，下一代工業控制架構將如何升級？

*【環球網科技報道 記者 鄭湘琪】*在智能調度系統操控室內，工作人員一按下按鈕，數千米外的鍊鋼轉爐便開啓“一鍵鍊鋼”模式；通過即時監控現場情況，工程師在發現故障時便及時進行遠程運維……

在工業4.0時代，這樣的場景越來越常見。隨着大數據、雲計算等IT技術和工業控制領域OT技術的不斷融合，工業互聯網和智能製造已是大勢所趨，而確定性廣域網技術也成為下一代工業控制系統不可或缺的一環。

近日，華為與紫金山實驗室、上海交通大學、寶信軟件合作發佈了全球首個廣域雲化PLC（可編程控制器）技術試驗成果。本次試驗基於確定性廣域網技術和下一代工業控制邊緣計算架構，在CENI（未來網絡試驗設施）上實現了滬寧兩地間傳輸距離近600公里的廣域雲化PLC工業控制系統的部署和穩定運行。

為什麼四方會合作完成這樣一次試驗？本次試驗具有怎樣的意義？基於此次試驗，未來各方又會如何進行佈局？針對這些問題，記者採訪了上海交通大學自動化系副教授戴文斌。

將確定性廣域網技術運用到工業網絡場景中

工業互聯網的發展正在推動企業生產系統走向現場少人化、無人化，實現降本增效、安全生產。工業控制系統加速走向遠程集中控制模式，讓操作人員可以在更安全、更舒適的集中控制室完成生產任務，也讓大型企業得以在更大範圍內實現總部、多基地之間的生產要素調度和優化。為此，工業控制系統需要走向廣域化，確定性廣域網技術成為下一代工業控制系統不可或缺的一部分。

然而，戴文斌坦言，“工業控制系統對即時性要求非常苛刻，這導致傳統工業控制系統一直未能廣泛採用IP協議，存在工控協議‘七國八制’、系統不夠開放、數據難以互通的問題。為推動工業互聯網的發展，現有的工業控制系統亟待優化。”

基於此，業界進行了一系列探索。記者獲悉，2020年6月，華為與紫金山實驗室等合作，在未來網絡試驗設施上進行了確定性廣域網技術試驗。該次試驗在跨3000公里、13跳設備的網絡中，把時延抖動控制在100μs以內，而未啓用確定性廣域網技術的傳統IP流量時延抖動達到了2.8ms。同時，當背景干擾流持續增加時，確定性廣域網時延抖動保持恆定，而傳統IP流量的時延抖動隨背景流增加而增長。

在過去的一年中，各方進一步開展了產學研用合作創新，將確定性廣域網技術運用到工業網絡場景中。此次華為還與紫金山實驗室、上海交通大學、寶信軟件開展了廣域雲化PLC合作，完成了全球首個廣域雲化PLC場景化技術試驗。

完成全球首個廣域雲化PLC技術試驗

據戴文斌介紹，本次試驗依託未來網絡試驗設施在滬寧兩地間構建確定性廣域網環境，並進行試驗驗證。

其中，雲化PLC部署在上海，由寶信軟件採用通用架構實現，包括鯤鵬CPU、歐拉操作系統、基於IEC61499 標準的PLC集成開發及運行環境。同時，雲化PLC採用通用IP協議（互聯網協議）。本次所驗證的確定性廣域網環境，由4個DIP設備組成，傳輸路徑近600公里，在重載背景流量衝擊下，該環境實現了20us以內的時延抖動控制，且網絡時延可有效保障在4ms以內，滿足了典型雲化PLC業務的需求。

在戴文斌看來，此次試驗展示了未來工業控制系統的特徵，並對下一代工業控制系統進行了驗證。“從技術方面來説，我們具備了對工業做一些革命性變化的能力。當然後面要做的事情還有很多，但到目前為止，我們已經證明了這是可行的。”

他進一步解釋道，“基於IEC61499標準，我們運用低代碼、圖形化、模塊化的開發方法，實現架構的統一。而通過通用邊緣計算架構，我們可以實現更方便的分佈式的部署。同時，開放的IP網絡協議使得相關廠商無需購買硬件或者芯片，只需啓用新的網絡跟新的軟件就可以升級為下一代工業控制系統。本次試驗是IT技術和OT技術深度融合的重大突破，必將加速下一代工業控制架構的升級進程。”

針對此次試驗，紫金山實驗室主任、中國工程院院士劉韻潔指出，“本次試驗是產學研用合作共贏的創新成果，進一步驗證了確定性廣域網技術應用於工業生產控制業務的能力，有望加速雲化PLC的發展，帶動下一代工業控制邊緣計算架構的發展和升級。”

而華為數據通信產品線總裁胡克文則表示，“設備網聯化、聯接IP化、網絡智能化的先進工業網絡是工業互聯網發展的基礎。本次創新試驗加速了工業網絡IP化的進程，有利於消除數字化轉型中的信息孤島，用先進工業網絡加速數據資產的生產、流動和價值變現。”

值得一提的是，此次試驗對我國製造業“強鏈”來説有重要意義。戴文斌告訴記者，“這次試驗採用了鯤鵬CPU、歐拉操作系統、以及上海交大提供的基於IEC 61499標準的PLC集成開發環境和運行環境，基於通用計算和標準IP協議，構築了工控邊緣計算節點，實現了全棧國產化系統的雛形。”

將試驗成果與實際生產場景結合

在本次試驗成功的基礎上，未來各方又會如何進行佈局？據戴文斌透露，“首先，我們將把這次的試驗成果落到實際的生產場景裏面，我們會先選擇2到3個實際場景，然後測試其在實際場景下的長期運行效果。”

其中，寶武集團便是一個重要的實際應用場景。“寶武集團的‘鋼鐵大腦’在上海，但是所有的執行單元都在外地，比如湛江、武漢，此次試驗成果將進一步支撐寶武集團的鋼鐵大腦核心戰略。”戴文斌説。

對此，中國寶武工業互聯網研究院副院長、寶信軟件副總經理錢衞東表示，“本次創新試驗的成功，將加速寶武集團實現‘四個一律’（操作室一律集中、操作崗位一律機器人、運維一律遠程、服務環節一律上線），邁向以‘三跨融合’（跨產業、跨空間、跨人機界面融合）為特徵的鋼鐵行業智慧製造2.0解決方案，重塑鋼鐵新生態。”

此外，戴文斌還告訴記者，“為進一步向工業場景滲透，我們將與更多的行業領軍者進行深入交流，從而更加貼合他們的需求，以此幫助試驗涉及的技術快速地轉化落地。這對我國工業互聯網的戰略落地，以及相關技術的價值實現來説，具有非常大的意義。”