工業連接通常須訂制化解決方案，會面臨維護不易、成本過高的問題，因此工業自動化正透過Profinet等工業以太網絡協議的整合，來克服這些局限。而MQTT、OPC、UA等協議也不斷增強，以滿足工業物聯網（IIoT）所需技術。

工業物聯網（IIoT）能夠支持智慧工業的新時代。工業物聯網基于開放性和互用性、易擴展性和大數據之概念，可以幫助企業在各種制造和業務流程中顯著改進營運。

IIoT技術正在應對一些市場空間的問題以便充分利用機器與機器（M2M）的通訊、遠程訪問和密集數據擷取來支持統計制程控制、制造管理和持續的改進計劃。事實上，現代工業企業中的數據流已經被組織成一個成熟的機制。

在監控和數據擷取（SCADA）層面及以下，工業以太網絡協議已經在不斷發展以滿足過程自動化等相關之特定要求。一個特別的要求是須支持確定性控制（Deterministic Control），這種要求通常是實時的，只允許毫秒級之延遲。工業以太網絡協議也被用來滿足當今工業企業日益增長的數據需求，從而幫助他們更快地滿足客戶需求，提升產品質量，并降低成本。

即便這樣的商業目標已經確立，但從歷史上看，工業連接通常依賴基于專有標準的訂制化解決方案，這些解決方案的實施成本很高，維護復雜且難以擴展。雖然IIoT技術可以幫助改變這一切，但工業自動化領域已經在嘗試克服這些明顯的局限性。例如，工業以太網絡協議已經將Profinet等幾個常用規格進行了整合。

關鍵業務型工業以太網絡

Profinet非常適合工業自動化任務，同時支持不斷增長的M2M通訊和數據擷取之需求，它也能夠適用于滿足工業過程的特定需求。基于來自不同制造商的裝置和系統的互操作性和互換性，大量的應用程序配置檔案可以確保裝置系列以相同的方式使用Profinet。這種例子包括用于驅動器/馬達的PROFIdrive、適用于能源管理的PROFIenergy以及與功能安全相關的PROFIsafe等。此外，Profinet I/O配置檔案還提供了連接機械開關等非智能裝置的方法，以監控狀態并發送指令。

Profinet還設計用于處理特殊的工業要求，例如在無法使用以太網絡的危險環境中進行安全的操作。Profinet透過代理進行處理，允許安全的現場總線端點將處于危險區域的裝置連接到基于以太網絡的基礎設施。以這種方式可以支持多種現場總線規格，包括PROFIBUS DP、PROFIBUS PA、Interbus、DeviceNet、Foundation Fieldbus等，以及使用Profinet I/O等配置檔案的非智能裝置。

Profinet已經安裝了超過1，700多萬個節點，這種成功表明SCADA系統和制程自動化裝置之間連接的監控得到了很好管理和有效執行。IIoT技術可以幫助數據擷取，尤其是使制造活動中的數據在SCADA層面之上的整個企業IT基礎設施能夠關聯并可訪問。

物聯網能帶來什么？

從商業角度來看，IIoT技術作為一種實現數字化轉型的途徑，將使企業更加有興趣采納，最終將可以提高制造生產率，提高企業的營運效率，并推動創新。

用于制程控制統一架構的對象鏈接和嵌入（OPC UA）是一種新興的基于以太網絡的協議，可處理工業制程數據、警報、事件和歷史數據之間的通訊。它是一種中立的平臺，具有內建的安全性，能夠支持自主和智能的系統。透過這些特性，它提供了一個用于開放的、與供貨商無關的通訊平臺，在控制器層面將可編程邏輯控制器（PLC）、傳感器數據與SCADA系統、MES、ERP和云端連接在一起。

輕量級協議/開放標準

消息隊列遙測傳輸（MQTT）把營運技術（OT）和訊息技術（IT）兩個領域整合在一起，可能會成為一個普遍的協議。最初，MQTT被設計為一個輕量級、數據未知、低開銷的協議，主要用于石油和天然氣行業的低帶寬數據連接。現在它已經用于Facebook Messenger等訊息應用程序，以及亞馬遜和IBM IoT平臺等等。

MQTT透過運作將數據生成者與數據用戶分離的發布/訂閱模型，能夠提供IIoT技術所期望的可擴展性和靈活性。這與工業領域采用的通常是主/從式的傳統M2M原則，或者從特定來源重復請求數據的輪詢響應有著根本不同。在這個傳統模型中，導入傳感器等新的數據源，改變或擴展應用程序以使用更大的數據集，都是復雜且嚴格的挑戰。

在MQTT使用的發布/訂閱方法中，數據生成端（例如傳感器）只要數據準備就緒即可發布，這些數據通常可供任何訂閱用戶使用。只需最少干預，即可導入新裝置或改變訂閱。以異常報告（RBE）為基礎發布數據可釋放網絡帶寬，以供關鍵的OT裝置和企業系統使用。此外，低數據封包開銷和簡單的功能有助于更加簡化，報頭（Header）僅占用微薄的2字符，有效負載關聯于特定應用，并且只支持連接、斷開連接、發布、訂閱和Ping等操作。

許多其他發布/訂閱協議可能對IIoT場景中的數據擷取有用。數據分發服務（DDS）是一種開放協議，不須像MQTT服務器那樣集中式代理，因此允許更簡單的網絡管理以及更快的通訊。微秒級分辨率使DDS適用于實時和嵌入式系統，以及關鍵業務應用。

在其他發布/訂閱協議中，高級消息隊列協議（AMQP）已經在金融服務部門得到廣泛應用，并且具備保證交易完成的機制。然而，AMQP并非輕量級協議，可能會阻礙其在帶寬受限之工業通訊中的采用。

作為發布/訂閱的替代方案，受限應用協議（CoAP）等互聯網協議，由于使用代表性狀態轉移（REST），透過請求可在服務器上提供資源，可以像與一個Web API互動一樣，能夠輕松地從傳感器獲取數據，并且可以應對各種不同類型的有效載荷。CoAP支持多種數據類型，包括HTML、JavaScript、JSON和XML。基于HTTP的JSON在更廣泛的物聯網中已經非常流行。CoAP與HTTP很相似，但只有4個字符的報頭，以及緊湊的編碼和簡化的請求結構，非常適合基于微控制器之小型裝置。它還可以透過使用與復雜RSA密鑰一樣強大的數據包傳輸層面安全性（DTLS）來保護通訊。

既有協議不會立即被取代

面向SCADA的工業自動化多年來一直采用基于以太網絡的通訊，以利用這種技術更快的速度，更高的效率和未來保障的優勢。透過一些流行規格（如Profinet）的融合可以更好地利用針對工業自動化優化的通訊強固性，并且可以處理實時和任務關鍵型的互動，并可確保來自不同制造商模塊之間的互用性，從而實現高度專業化之目標。

未來可能會出現一些適合高嚴格性和高性能表現的基于互聯網的協議。但就目前而言，當今IIoT技術的關鍵角色是要連接OT和IT領域，這可以透過實現更高效和輕量的數據交換，并簡化IT系統對相關數據的訪問來實現。可擴展性和靈活性是物聯網實施的基本原則，在企業學習如何利用IIoT，并尋求更多業務優勢時，這種可擴展性和靈活性對于其演進同樣很重要。

在工業場合，所有投資都被認真考慮并預期能夠具有相應的回報，因此簡單的拆除和替換并不是一種受推崇的方式。基于互聯網的協議僅有在能夠提供可運算的收益時才有可能進入工業自動化領域。因此，像MQTT、OPC UA及CoAP等其他協議將不斷增強，但不會立即取代像Profinet這樣的已有協議。

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