网络通信如何推动工业物联网革命

工业物联网(工业物联网)通信的特性与更常见的控制协议(如EtherNet/IP、Profinet和EtherCAT)明显不同。那么，制造商如何评估可供他们利用工业物联网的众多通信方法呢?

第一步是认识到基于工业物联网和工业4.0的解决方案需要详细的数据。IO-Link是一种标准化的传感器接口，可以从最低的现场级别访问详细的传感器/执行器数据，满足了这一要求。数字开关传感器只提供单个位，而IO-Link提供了从传感器或执行器获得详细识别、诊断和参数数据的访问。

接下来，请注意，大多数自动化系统都是基于包含应用程序逻辑的PLC。对于控制机械臂等应用，传感器数据需要高度准确和可靠。在几毫秒内，PLC计算输出信号并将其传输到执行器，如阀门和电机。基于控制的以太网协议，如Profinet、Ethernet /IP和EtherCAT，可以满足这些需求。

尽管这些协议本质上是基于以太网标准的，但为了实现工业应用程序所需的高度计时精度和快速毫秒周期时间，已经改变了特定的属性。这些协议所携带的数据只能使用特殊的硬件进行交换，如PLC，并使用控制系统制造商提供的特定软件进行处理。但是，将数据从现场级别传输到更高级别的系统，如基于云的系统，是工业物联网的基本要求。

OPC UA、MQTT和REST api
这就是OPC UA、MQTT和REST api等工业物联网通信的用武之地。这些通信方法较少地依赖于毫秒级的实时数据，而更多地依赖于不同制造商的不同系统之间的端到端数据可用性。工业物联网不是关于传感器和执行器的单个过程数据，而是关于全局。最重要的过程可能是收集状态数据，以避免任何未来的故障或检测影响产品质量的过程参数的相关性。在这些操作中，实时性不是最优先考虑的。

OPC UA是一个具有复杂安全机制的完整框架。OPC UA的一个关键优势是不需要特定的设备描述文件。每个单独的设备都有所有必要的数据，比如它自己的数据结构，其格式是人和机器都可以读取的。OPC UA特别适用于较大的工业物联网项目，其中来自不同制造商的设备必须组合在一起，但网络仍然可以相应地进行尺寸划分。

虽然OPC UA主要使用客户机/服务器连接进行操作，但MQTT基于发布/订阅机制(注意:OPC UA现在也支持发布/订阅，尽管大多数现有安装使用传统的客户机/服务器方法)。在发布/订阅中，发布者(数据提供者)将其数据提供给网络上位于中心位置的服务器(通常称为代理)。订阅者(数据消费者)可以灵活地订阅所有发布者的数据或单独选择的主题。由于发布者和每个订阅者之间没有永久连接，MQTT的数据开销大大降低。这使得MQTT特别适用于可用性有限或信息必须同时传输给多个使用者的网络。

API(应用程序编程接口)是设备上提供的编程接口。REST代表具象化状态传输(Representational State Transfer)，概述了设计API的条件。REST API允许客户基于设备数据创建自己的应用程序，其中无需定义基本条件。组织自己设备的api在该组织内是标准化的。这使得REST api特别适合使用来自同一制造商的许多不同设备的应用程序。

工业物联网通信与控制网络协议之间的关键区别在于，工业物联网通信方法的设计允许从传感器到云的端到端透明数据流，从而实现工业4.0和工业物联网的巨大潜力。