工业物联网和M2M通信及其在工业自动化与控制系统中的作用

为了让系统无所不在，并且优化操作吞吐量和机器生产率，企业正在连接并整合一系列更智能的传感器、机器人、执行器和控制器。工业物联网和M2M通信解决方案都将远程设备访问作为其共同的核心，并在无需任何人工控制的情况下提供设备之间的通信。他们的目标基本上相同（为了实现连接），但实现盈利的方法却有所不同。

M2M通信是什么？

M2M开发对工业物联网的实现至关重要。M2M本质上属于固网点对点通信，在特定应用、相同类型的设备之间实现不同的协议。M2M设备同意对所附数据的请求或自动传输这些数据。这些可以是各种各样的温度传感器和运动探测器。如果被监控的机器足够复杂，可以使用M2M模块作为允许进行数据传输的调制解调器。然而，具有简单电路和开关的机器不具智能性，因此被置于由M2M模块控制的从属角色。

M2M网关提供M2M设备的互联，并转发从通信网络收集的数据。通信网络是实现M2M网关与M2M最终用户应用或服务器之间通信的基础设施。为此，可以使用蜂窝网络、电话线和通信卫星，如图2所示。可编程逻辑控制器（PLC）现在可以控制M2M通信系统。PLC是监控和数据采集（SCADA）的重要组成部分，SCADA是一种用于管理大规模自动化工业操作的监控系统。标准M2M系统是与互联网分离的专有系统，不提供更广泛的服务、应用程序和分析。因此，M2M系统被称为“孤立”或单用途/专用的技术，在控制特定工业工艺方面表现出色。但是，它们不能与企业的ERP、PLM或SCM系统共享数据。

e络盟与许多不同的供应商合作，如施耐德、西门子、三菱、霍尼韦尔、ABB、MulticomPro等，他们生产诸如PLC、HMI、工业物联网网关、M2M网关等广泛的产品组合，以满足工业自动化与控制系统中工业物联网和 M2M 通信的多项要求。（欲了解更多信息，请访问e络盟官网。）

图1：M2M通信的基本架构

工业物联网是什么？

工业物联网（IIoT）是在工业以太网基础上开发有价值的应用程序和业务功能的新模式，它将车间完全连接在一起。工业物联网网络连接诸如工业机器人等机器、机械和连接的传感器，从而实现机器之间的通信。这种设备采用各种可以通过互联网发送数据的执行器和传感器。物联网由用于M2M通信的设备组成。工业物联网产生实时可操作的信息，可帮助运营商更有效地实现工厂运营。这些系统使业务操作的集成水平更高，从而增加利润并降低成本。

借助工业物联网和M2M通信，采用智能设备将各种生产工艺集成在一起，这种安排能够生成并积累工业数据。工业互联网联盟和工业4.0将这类想法汇集到行业中，并专注于将不同的生产工艺与先进的互联网分析和计算能力结合在一起。

这方面有一个很好的例子，那便是安富利SmartEdge工业物联网网关，它将传感器和其他几台设备连接到云。用户可以从有互联网连接的任何位置，通过完全可定制的Web门户查看状态并控制连接的设备。该网关基于树莓派的Broadcom BCM2837 SoC，这是一款64位四核Arm Cortex-A53，可提供高性能的计算能力。（欲了解安富利SmartEdge工业物联网网关的更多信息，请访问e络盟官网。）

在此之上是用于捕获和分析连续工艺历史记录的设施，以及用于计划和调度生产活动的工具，这些活动将传递到较低层进行执行。在工业物联网情况下，基于云存储运行的应用包括面向工业企业的应用，如计划或调度、优化和工程。

图2：工业物联网的基本架构

M2M通信与工业物联网的主要区别

工业物联网和M2M这两个术语有着共同的根源，因为它们都指向相同的起源：互连到工业控制系统以实现实际结果的设备。然而，工业物联网提供传统M2M系统无法提供的关键功能。M2M系统设计为控制一个专用工艺，通常是一台工业机器或一组互连的机器。这一点是使用嵌入式硬件模块和运行专用应用程序的点对点通信，通过无线或有线连接实现的。工业物联网系统利用互联网将设备数据发送到云，在云端应用多种服务和应用程序。

图3：M2M通信的基本架构
 

M2M 通信	工业物联网
专用	可调整
监控/维护	集成/服务
孤立技术	开放技术
面向硬件	面向软件
结构化数据	非结构化数据
点对点	云（IP 网络）

 
总结：M2M通信和工业物联网之间的区别

 
工业物联网系统使企业在整个系统内共享数据，从而提取商业智能分析，更好地进行运营管理。从部署封闭的孤岛到部署多功能开放式工业物联网技术的转变，使传感器和设备数据能够与其他企业应用（如大数据和分析）集成在一起。M2M系统通过机器级或设备服务改进来解决问题，而工业物联网系统则利用大数据和分析来获得企业范围的改进。

M2M系统通过远程诊断、更新和远程故障排除等功能减少与服务相关的费用，最大限度地减少现场服务工程师的远距离派遣。相比之下，工业物联网系统着重运营改进，并通过云提供信息产品即服务。换句话说，工业物联网标志着从硬件（如连接和设备）到软件（如服务、可操作的知识和数据）的转变，从而促进运营。

M2M与工业物联网，哪一个解决方案是企业的最佳选择？

企业选择哪一个解决方案取决于其想从设备通信技术中得到什么。在设计网络时，没有自由发挥的空间，因此企业应根据实际需求选择最适合应用的解决方案。

如果符合以下条件，选择M2M技术将是明智之举：

应用需要在机器之间进行点对点通信

对企业网络来说，快速扩展能力是次要问题

出于安全考虑，设备网络被隔离

应用具有一组有限的特定机器通信需求，需要快速可靠地执行

企业的应用程序必须独立运行，无论是否有互联网连接

相反，如果符合以下条件，工业物联网将是企业的最佳选择：

企业应用需要跨网络云实现多个不同设备的实时同步

企业应用需要为更多的用户和设备提供简单而流畅的可扩展性

企业应用必须能够使其设备和数据兼容各种标准

企业的设备需要快速、可靠地实现互联网接入

企业的网络设备需要能够同时与多个其他设备通信

结语

M2M和工业物联网大致相似。M2M涉及机器、设备和智能手机，而工业物联网涉及基于网络的物理系统，如传感器。M2M专注于维护层面，例如提醒制造商注意可能的机器缺陷，而工业物联网用于集成庞大的系统。M2M以硬件为中心，而工业物联网以软件为基础。

优化电机和相关设备的效率是节省能源的一大机遇，既可以削减运营成本，又可以减少我们的碳排放。

一方面，电机系统通常陈旧且效率低下，在依赖电机和驱动器的行业中占据了70%的电力需求。  另一方面，IEA强调，可以通过加强能源效率措施来实现将温室气体排放量减少40%以上，从而在2040年兑现《巴黎协定》承诺并实现气候目标。目前全球各行各业正在使用的电机驱动系统高达数亿，由此可见，高效设备的影响不容小觑。