隨著工業(yè)4.0時代的到來，智能制造變得日益重要。在這個背景下，工業(yè)PON（無源光網(wǎng)絡）傳輸技術(shù)作為一種創(chuàng)新的通信解決方案，正逐漸成為推動智能制造發(fā)展的重要力量。

今天下午，由CIOE、C114與中國電信（601728）股份有限公司研究院共同合作主辦的“工業(yè)PON技術(shù)研討會”，作為2024中國高質(zhì)量發(fā)展論壇的第五場線上論壇順利舉行。東北大學副教授吳志偉在主旨報告中分析了現(xiàn)有工業(yè)控制網(wǎng)絡的不足，介紹了“一網(wǎng)到底”的工業(yè)PON控制網(wǎng)絡解決方案，即利用工業(yè)PON作為工業(yè)控制網(wǎng)絡連接架構(gòu)，向下融合底層控制網(wǎng)絡，向上賦能智能控制。

工業(yè)控制網(wǎng)絡需求和演進

吳志偉介紹，典型的工業(yè)自動化系統(tǒng)架構(gòu)為金字塔結(jié)構(gòu)，主要包括上層的企業(yè)資源計劃ERP，中間層的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，以及下層由車間級監(jiān)控、基礎回路控制和生產(chǎn)過程所組成的PCS。

而傳統(tǒng)工業(yè)控制網(wǎng)絡主要采用“兩層三級”的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其中，“兩層”是指IT網(wǎng)絡和OT網(wǎng)絡，“三級”是指工廠級、車間級和現(xiàn)場級。

吳志偉指出，當前的工業(yè)自動化系統(tǒng)存在兩大問題：一是對人的經(jīng)驗和知識依賴程度較高，無法實現(xiàn)生產(chǎn)全流程的優(yōu)化決策；二是PLC/DCS管控系統(tǒng)無法實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的工業(yè)智能算法。

而工業(yè)控制網(wǎng)絡的行業(yè)需求，一方面是面向智能化系統(tǒng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡體系與解決方案，支撐傳統(tǒng)以PLC/DCS為核心的自動控制系統(tǒng)向智能化控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，另一方面是實現(xiàn)控制網(wǎng)絡從“兩層三級”向“一網(wǎng)到底”的演變。

面向工業(yè)控制網(wǎng)絡如何實現(xiàn)多協(xié)議下的工業(yè)大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，工業(yè)控制網(wǎng)絡如何支撐數(shù)據(jù)價值深入挖掘，工業(yè)控制網(wǎng)絡如何實現(xiàn)異構(gòu)工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的閉環(huán)智能控制等挑戰(zhàn)，吳志偉提出“一網(wǎng)到底”的工業(yè)PON控制網(wǎng)絡解決方案。

基于PON的工業(yè)控制網(wǎng)絡解決方案

吳志偉介紹，基于工業(yè)PON的新型工業(yè)控制網(wǎng)絡解決方案總體架構(gòu)分為端、邊、云三個方面。其中，端側(cè)進行生產(chǎn)過程控制和工況感知；邊側(cè)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)鬃诠I(yè)PON構(gòu)建算網(wǎng)融合系統(tǒng)；云側(cè)進行工業(yè)大數(shù)據(jù)匯聚和智能決策控制。

吳志偉進一步介紹，基于工業(yè)PON的新型工業(yè)控制網(wǎng)絡設計思路是“一網(wǎng)到底”，首先是要實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，將PON內(nèi)化為工業(yè)控制網(wǎng)絡連接架構(gòu)；其次是網(wǎng)絡的確定性傳輸能力增強，PON向下融合底層控制網(wǎng)絡；另外，實現(xiàn)網(wǎng)絡與控制一體化，PON向上賦能智能控制。控制功能的設計思路是能夠?qū)崿F(xiàn)運行工況智能感知、生產(chǎn)要素預測與回溯、高性能控制；以及人機互動與協(xié)作的智能優(yōu)化決策、智能自主控制等。

其關(guān)鍵技術(shù)包括用于閉環(huán)控制的網(wǎng)絡傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡連接架構(gòu)，以及工業(yè)控制場景的適配能力。例如，具有確定性數(shù)據(jù)傳輸功能的網(wǎng)絡技術(shù)，保證在設計者確定的采樣周期內(nèi)完成智能

建模與智能優(yōu)化決策算法所涉及的數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理；PON面向工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線的承載技術(shù)，實現(xiàn)與現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡的兼容。現(xiàn)有工業(yè)PON架構(gòu)基礎上的工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)統(tǒng)一連接架構(gòu)模式；現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡等多類型網(wǎng)絡協(xié)議統(tǒng)一接入組網(wǎng)的協(xié)議棧、功能模塊、信息庫、程序和接口調(diào)用方法等。

吳志偉以基于工業(yè)PON的電熔鎂砂生產(chǎn)過程為例，有賴于該解決方案，電熔鎂砂產(chǎn)品的單噸能耗降低4%，產(chǎn)量提高5%，提高了企業(yè)的市場競爭力。未來，隨著技術(shù)的不斷成熟和創(chuàng)新，預計工業(yè)PON將更加強大，能夠更好地服務于智能制造領(lǐng)域，推動工業(yè)自動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。