移动自动化时代的来临——移动控制和监测的系统集成
可靠的无线功能正在促进移动监控和控制的发展。本文对移动功能在自动化和控制中的应用以及实现方式给出了很多参考和建议。
移动监测和控制功能正在与自动化、控制、和工厂车间的其它系统集成。随着智能手机、平板电脑以及移动工业计算机的普及，移动技术正在通过智能设备应用于更多的工业监视或控制领域。
不断增加的移动应用
美国康涅狄格州斯坦福德水污染控制管理局，正考虑采用平板电脑，以方便在工厂运营活动中实施移动监测。“很显然，他们倾向于选择无线解决方案。”来自于Diversified技术服务有限公司的认证无线安全专家Daniel E. Capano说。在对无线基础设施进行升级改造之后，就可以对数据采集与监控（SCADA）系统进行升级。
图中所示的是使用平板电脑实时监测和控制现场生产状态。图片来源：Garvey 公司
选择无线方案进行系统升级似乎成为近年来的一种趋势。来自于Garvey公司的控制工程师Robert Jardel介绍，在Garvey的整个工厂设施内都在使用移动技术。大概一年前，我加入到这个项目组，帮助公司完成移动控制方面的工作。以前，装配工和技术人员在测试产品性能的时候，需要手动收集数据。然后这些信息几经辗转，传送给多个部门，有时这些信息对时间要求比较高，这可能会进一步使过程复杂化。员工要在主控制面板间来回走动，调整变频器的速度，然后再回到机器旁边监控产品。如果转速运行不好，则必须回到控制面板继续调整转速。对于这个问题，解决的办法很简单：使用可编程逻辑控制器（PLC），并给员工配置一个苹果公司的iPad。
现在，员工在机器旁就可以随时改变飞轮的转速；以前在正常情况下需要两个人完成的工作，现在只需要一名技术人员就可以完成，而且所用的时间只有原来的十分之一。除了易于使用，还有其它优点，比如，当最终调整到合适的速度时，只需要点击某个按钮，就可以将信息传递到公司网络的每一个相关人员，可覆盖工程、投标、销售等部门。
增加移动性应用也有助于解决工厂车间的沟通问题。用户使用智能手机，不仅能获得重要的设备信息，还可以与他人沟通和分享过程视频。不过出于安全的考量，通常来说，这些应用程序负责处理监控数据，而不是太多的控制。
移动软件，比如，mySCADA公司的Mymobile软件，可以应用在很多领域。图中所示的应用是水电厂的可视化显示。图片来源：mySCADA
移动软件可以应用在很多方面。据mySCADA技术公司的营销总监Barbora Plaminkova介绍，利用水电厂可视化，就可以从任何地方实现远程监控生产状态，无需亲自前往现场，从而可以节约大量费用。如果有紧急情况发生，系统会自动向手机、平板电脑发送消息 /电子邮件，操作员、经理或业主立即就能知道发生了什么事情。
不只是工业领域，在一些民用领域移动方案也得到越来越多的关注。Inductive自动化公司的销售工程总监Travis Cox介绍了一个移动性应用很好的案例，就是为高尔夫球场、体育场馆、度假村、公园等等场所提供服务的移动应用程序。它们具有监视和控制灌溉系统、泵站的能力。在这种情况下，所有数据都是远程的，任何人都不在PLC附近。PLC与集中式系统通过蜂窝网络通讯，运行人员所拥有的唯一接入方式，就是一个移动电话。利用该应用程序，可以监控当前状态、报警、趋势、历史数据以及更多其它数据。根据我们的了解，很多客户希望使用移动装置，来监控远程设备和提供服务。
集成移动性的优势
采用移动性解决方案到底能为用户带来什么收益呢？据Capano称，使用移动设备，至少可以节约一半的时间。在现场内部服务器上，具有查找操作和维护数据的能力，据此可以找到备品备件的位置，这是实现收益的一种途径。这需要给操作人员监视、控制、并最终实时控制工厂过程的能力，使运行人员从任何地方都能快速响应异常事件或突发事件。安全性和访问控制也可以从移动设备上实现。
Jardel和 Garvey 公司的装配和服务组长John G. Neil曾经一起工作，日复一日为这个移动项目而努力。Jardel说，你可以想象，刚开始向高层管理和销售人员推销这些解决方案，并不是特别顺利。为什么？因为那些显而易见的疑虑：“不需要修理还没坏的东西”，“我们一直是这样做的”，“这要花多少钱” ！？最终我们获得了批准，在项目实施后的几分钟内，Garvey公司的技术人员就可以收到实时信息。随后几天，其它的工程人员就已经开始订阅了；几周内，销售团队就试图把这些作为标准包的一部分提供给客户。
“从长远来看，客户希望能够利用移动系统，来提高日常运营的效率，以及生产线的可重复性和准确性。”Neil说。每个人都有一台智能手机，每个人都需要访问数据。这也让那些需要数据的人，能够快速查看数据。
Plaminkova认为，集成移动性带来最重要的收益是时间和费用的节约，而且具有可以从世界上任何地方监控生产的能力，这就为企业带来了巨大的优势。例如：太阳能电站过载时，它会自动关闭。如果类似事件发生，除非有人到达现场并对其做必要的检查，否则的话系统不会自动恢复生产。但如果使用移动软件的话，则永远不会发生这种延迟，因为事故发生时，系统会自动发出通知。
移动性的安全问题
虽然移动性能带来如此多的好处，但是对于工业用户来说，安全问题仍然是永恒的话题之一。这些资产应该被整合进现有的自动化和控制系统中，或以其它方式传送数据或信息吗？
Capano建议使用基于开放标准的无线基础设施，将工厂内的这些设备集成到现有的系统中。尽管任何WiFi连接都允许将VPN连接回工厂，但围栏外的唯一选择是移动蜂窝。
虽然移动功能使任何涉及运营人员的过程实现无缝链接，但是有时候面板并不总是位于最友好的区域。类似项目的投资回报周期，从几个星期到几个月不等。Jardel认为，最终用户还需要考量基于网络的HMI以及一些必要的工程实施时间所带来的成本。
出于安全原因，Cox建议这些资产应该使用中间件（如MQTT，消息队列遥测传输）来交流信息。它们不应该直接和自动化或控制系统通讯，特别是如果我们想从任何地方获取数据（不只是在工厂车间）的时候更应该如此。
那么，移动监测和控制与其它系统应该集成到哪种程度才能保证安全性？ Capano认为，移动监控的应用，应该作为常规控制系统的补充，而不是替代。很明显，无线是最佳的传输介质之一。
Jardel坦言，安全始终是一个问题；然而，在这个层面上的远程监控，对最终用户的风险较小。可以实现安全间隙，限制传递给管理层的某些信息。大多数HMI软件提供单选按钮，单击就可以对其进行配置。此外，可以将访问权限限制到本地网络，从而进一步降低安全风险。
维护工作也能从移动监控中获益，运营人员可以实时访问设备。任何企业的老板都知道，机器只有在运行的时候才能为其赚钱；如果机器没有运行，它就在花钱。想象一下，如果运行人员在自己的手机上得到报警，第100号传感器失去了通讯，他就可以去现场查找问题，发现是传感器被叉车撞到了。几分钟后，传感器就被更换完毕，机器重新运转起来。
数据采集和监控，是移动功能的一个完美应用。Cox认为，由于信息只读，因此风险较低。如果能够看到你所需要的数据，就会带来巨大的好处。然而，控制带来了很多安全问题，尤其是在利用云存储的时候。公司也需要提供实现移动功能的基础设施。
在日常生活中，手机和平板电脑的使用已经司空见惯。Plaminkova相信，移动控制发电厂、生产线，或其它任何东西，将都可以成为日常生活的一部分。尽管人们都希望在办公室或工厂花费更少的时间，但人们仍需要对无线技术有一个大概的了解。
成本比较：有线和无线解决方案
安装无线基础设施，可能没有想象中的那么麻烦，上面表格显示斯坦福德水污染控制局实施无线接入解决方案比选择有线方案更经济。图片来源：斯坦福德水污染控制局
集成移动性的建议
在考虑移动监视和控制的系统集成时，可以参考如下几个建议:
开放的标准。Capano建议仅使用具有开放标准的设备和系统，除非您打算在整个过程中安装完整的供应商解决方案，否则请避免使用专有系统。坚持使用开放标准，为未来的扩展预留空间，这样可以大大降低成本。专有意味着额外的成本和复杂性。
做好准备。Jardel认为，任何想要实施移动技术的控制工程师，似乎都迫不及待。我们所处的时代，对信息的实时性要求非常高。为了应对具有这种想法的管理者，我们需要做好准备，满足他们的需求。今后几年，这项技术将成为规则，没有例外。如果销售代表花些时间，学习关于远程监视和控制所能带来的好处，他们就可以更好的宣传，这样最终用户就有可能在工厂中使用该移动技术。大多数客户都没有意识到这一技术的存在，没有意识到可以将其应用到他们的设施上。
确保安全。Cox认为对于企业来说，最好的建议是“安全第一”。确保在试图向更多人提供数据时，不要将自己暴露在风险之下。使用诸如MQTT的中间件，提供传输层安全和访问控制列表。在大多数情况下，需要确保传输的数据是只读的。你应该不希望设备直接与工厂车间通讯。
随着无线技术的成熟，移动应用程序正越来越多地集成到工业和家庭自动化行业中。通过监视和控制生产、查看趋势和预防维护等功能，集成移动性后企业减少了大量时间和人力成本，从而使其在竞争激烈的信息化时代能够领先于对手。
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年9月刊《封面故事》栏目，原标题为：移动控制和监测的系统集成