采用Zynq SoC的智能網關可提高世界一流制造廠的生產力。

工業物聯網是指所有系統應該在全球范圍內互聯，以便共享信息，這一理念正在快速成為現實。當今，越來越多的公司，尤其是工業設備領域的公司，正在構建將傳感器、處理和通信集成在一起的復雜系統，打造出智能工廠、智能電網甚至智能城市，從而進一步推動工業物聯網（IIoT）發展。這些技術發展不僅提高生產力和盈利能力，而且豐富了人們生活。

利用賽靈思 Zynq?-7000 All Programmable SoC 實現的新技術正在將智能系統帶到 IIoT 制造業。由 System-on-Chip engineering S.L.(SoC-e) 設計的智能網關不僅可提高生產力，而且還可幫助 Microdeco 等公司實現更可靠的互聯并確保安全性。為了最大限度地提高盈利能力，工廠希望使布局更具靈活性，獲得有關工藝及制造產品的更多信息，實現更智能的數據處理，并高效整合人的經驗／交互。不過，在將新技術引入工廠時，開發該技術的人需要遵守一些規則。第一條也是最重要的規則就是生產不能停止。新技術必須與老系統兼容，并且便于不同廠商產品之間的互操作性。此外，解決方案應該能夠讓自動化更進一步，實現更加自主或去中心化分析。

工廠設備必須與公司的 IT 網絡進行通信。要在機器和 IT這兩個領域之間實現透明操作，智能網關將起到至關重要的作用。

為了實現很多人所說的“第四次工業革命”，工廠需要相應的基礎設施和系統，才能利用 IT 及電子設備實現自動化生產。盡管很多工廠在第三次工業化浪潮中實現了自動化，但在很多情況下，有必要同時實施兩個步驟：第三次及第四次自動化演進。這是一個集成 IT 基礎設施的大好時機，以使 IT 既滿足智能工廠的新要求，又兼容于第三代生產調度及自動化系統。圖 1 是業界廣泛使用的典型生產系統，該系統有助于根據要求調整和優化生產。企業資源計劃 (ERP) 軟件包含各種支持商業數據庫的工具。它可定義要制造的內容。而制造企業系統 (MES) 則側重于生產調度。MES 使用 ERP 輸出與生產工廠設備通信，并告訴設備應該做什么。

?

圖 1 — 通過ERP/MES安排生產調度

智能工廠中的網絡、處理與感測
由于很多公司提供不同類型的工廠設備，而且往往有好幾代設備都在同時使用，因此將不同廠商和不同時期的、符合不同標準的設備連接起來，可能非常困難。還有一個因素讓事情變得更為復雜，那就是工廠設備必須與公司的 IT 網絡（企業網絡和／或互聯網）、各種 PC 系統組合，以及基于多種協議的網關、黑盒及工業交換機進行通信。這樣，工廠可能很快就會陷入異構化噩夢，缺乏“即插即用”操作模式所要求的簡便性和靈活性。諸如 SoC-e 的 CPPS-Gate40 這樣的智能網關 （圖 2）將在在機器與 IT 之間實現安全透明操作的過程中起到關鍵作用。

?

圖 2 — SoC-e 的 CPPS-Gate40 智能網關

Microdeco 是一家為汽車行業制造小金屬零件的公司。該公司一直在尋找能夠提高生產力的方法，并且在智能系統使用方面走在前沿。在 Microdeco 位于西班牙 Ermua 的試驗工廠中，Microdeco 圍繞整合相同系統網絡、處理與傳感技術的智能網關概念，為工廠構建了一套網絡基礎架構。

創建智能工廠的最大挑戰之一在于連接不同系統。工廠包含高速光學鏈路，可用來將不同信息物理生產系統 (CPPS) 區域——即每個機器、傳感器和致動器生產組——互連起來。智能網關掌管所有通信基礎架構。這包括：高速切換光纖鏈路和靈活的三速以太網端口（可在每個單元中實現常規以太網或工業以太網協議），以及各種串行端口（可實現廣泛使用的工業協議，例如 Modbus 和 Profibus）。

圖 3 是每臺機器（CPPS 區域）中安裝的每個智能網關如何通過單條光纖鏈路連接到下一個網關。在該通信基礎架構中，還將所有設備連接成單個環路，實現高可用性無縫冗余 (HSR) 協議。這種非專有的 (IEC 62439-3 Clause 5) 以太網“零延遲恢復時間”解決方案允許操作人員將任意設備從環路中斷開，而且不會對工廠中其他節點或設備造成不利影響。這種真正的即插即用式操作便于進行工廠布局修改。此外，HSR 還支持冗余 IEEE 1588v2亞微秒同步協議，該協議可簡化系統的同步化，從而可執行采樣傳感器數據的準確重建或者控制任務的實現。

?

圖 3 — Microdeco工廠的車床部分