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IT与OT的破壁:Web技术重塑工业自动化的演进逻辑

06/02 15:57
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很长一段时间内,工业自动化系统(OT)就像一个有自己语言和规则的孤岛一样存在。工程师们习惯于在重大的Windows系统中安装动辄几十GB的C/S架构配置软件,并且使用VBS(Visual Basic Script)、C脚本来编写HMI界面的交互逻辑。但是数字化已经深入到深处的时候,这个孤岛的物理界限也已经被完全打破了。

近几年来,行业的两大标志性事件正向我们昭示着一个新的时代的到来:一个是西门子等大厂在新的HMI系统里全部使用了JavaScript,从而宣告了VBS时代的终结;另一个是越来越多的底层控制设备正在脱离C/S架构,转而采用内嵌Web Server的纯B/S模式。

网页技术已经不只存在于云端的大屏幕上或者管理后台了,而是深入到车间的每一个角落。

一、语言的交锋:为什么是JavaScript代替了VBS呢?

在传统的SCADA、HMI开发中,由于VBS与Windows底层高度耦合以及容易学习的特点,在工业现场已经存在十几年了。但是由于工业物联网(IIoT)的发展,VBS的致命缺点也暴露出来了:封闭、同步阻塞、生态枯竭。

以西门子推出的新的可视化平台WinCC Unified为例,它最显著的变化之一就是用纯粹的Web技术(HTML5、SVG和JavaScript)来重新构建底层,并且全部使用JavaScript(也就是基于V8引擎的JS)作为唯一的一种脚本语言。该决定背后有很深的技术和商业考虑:异步处理和非阻塞的好处:现代工业现场要同时处理大量的高频数据流(报警、趋势、云通信)。

由于JavaScript本身具有异步非阻塞的特点(Async/Await、Promise),所以在进行复杂的网络请求以及大规模DOM操作的时候,它的运行速度要比老式的VBS快很多,再也不用担心因为脚本卡住而造成整个页面停滞不前的问题了。

JSON的无缝解析能力: 工业设备向高层MES、ERP或者云平台(比如预测性维护系统)发送数据的时候,JSON已经成了事实上的标准格式。JS作为JSON的“母语”,可以不用任何开销直接解析出复杂的数据结构,大大降低了边缘计算节点上数据处理的难度。

VBS是封闭式的语言,并且几乎没有进化空间。而JS后面有全世界最大的开源社区(npm)。工程师可以很方便地把成熟的图表库、数据处理库甚至轻量级的AI算法模型直接引入到HMI里来,这样的生态力量降维打击了传统的工业脚本。

二、架构颠覆:设备端“无C/S”和“零安装”的革命

如果说JS的崛起代表着逻辑层面的Web化的话,那么底层硬件设备向B/S架构转变就表示工程实施过程中的全面改造。

以前要调试一台变频器、配置一个智能传感器或者读取RFID节点数据的时候,工程师需要经过一个痛苦的过程:找到对应的厂家官网、下载几百兆到几十个G的PC端专用调试软件、解决复杂的Windows驱动以及版本兼容性问题、用专用线缆把设备连接起来。

传统的C/S(Client/Server)模式,在设备种类繁多的现代化生产线上显得非常笨拙。目前的技术发展已经提供了更好的解决方案:硬件本身带有Web服务器。IP就是UI,打通最后的一公里:现在的智能变频器或者分布式模块里面都内置了一个轻量级的Web服务器。工程师只需要一根普通的网线(或者使用厂区Wi-Fi),就可以在任何一台设备上(笔记本、平板甚至是手机)的浏览器里输入设备的IP地址,从而直接进入到参数设置、故障诊断以及实时监控的功能页面。

跨平台和版本解耦:浏览器消除了操作系统之间的差别。不管工程师用的是Windows、macOS还是Linux,都不会受到PC端软件兼容性的限制。另外配置界面和设备固件是同一个来源的,所以就不存在以前调试软件版本和底层固件不一致的问题了。

移动化和敏捷维护:设想一下实际的工作现场情况:如果一台高处的机械臂驱动器出现接地故障(比如F03),那么维修人员就不用再拿着笨重的工业电脑爬来爬去地检查了,而可以站在设备旁边,用iPad打开浏览器连接到设备的IP地址上,在那里查看底层芯片级别的电流检测波形,并进行复位以及参数微调。

三融合的结果就是数据流无间隙地连接起来Web技术(B/S架构+JavaScript)在工业现场的大规模应用,并不是为了追求美观或者便捷,而是要实现数据高速通道的目标。当底层设备用Web Server实现自我表达的时候,中间的HMI又因为JavaScript而拥有了强大的网络通信和数据重组的能力,于是整个工厂的数据流动就变成了一条扁平化的、以标准化的Web协议为基础(HTTP/RESTful API、WebSocket、MQTT)的透明网络。

这就给高级别的工业应用扫除了最大的障碍。高级别的预测性维护(PdM)不需要建立复杂的数据采集网关,在云端可以使用REST API来从底层设备获取震动或者温度的JSON数据流,在浏览器端用JavaScript渲染出实时的数字孪生模型。

结语:自动化工程师的“技能再培训”

西门子放弃了VBS,设备厂家也抛弃了专用配置软件,这不是简单的技术调整,而是整个行业的宣言:IT和OT之间的界限已经消失。对于现在的自动化控制工程师来说,继续使用传统的PLC梯形图以及重大的桌面软件已经不能够满足未来的需求了。

了解计算机网络、会用JavaScript、知道REST API以及JSON数据格式的人,正由原来的“加分项”变成现在的“必修课”。在Web技术重新定义工业底层逻辑的时代里,只有掌握了两种语言(OT的控制逻辑和IT的数据逻辑)的人才能够驾驭下一次数字化工厂。

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