想要提供全新數(shù)字化服務，需要的不僅是能夠為數(shù)字化雙胞胎 (digital twin) 提供數(shù)據(jù)的智能對象和相應應用,更重要的是要部署數(shù)字化基礎設施。數(shù)字化基礎設施的第一核心要素是為應用提供運行環(huán)境的平臺層，包括將數(shù)據(jù)實際存儲于“數(shù)據(jù)池” 中等服務，或用于提供應用和使用付費的應用商店。 

第二個核心要素是網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡層的作用是在現(xiàn)場傳感器和基于云的應用之間提供必要的連接。網(wǎng)絡層的要求十分嚴苛：除了常規(guī)的工業(yè)能力（高可用性和服務質量 保證）之外，還要具有能確保靈活性和數(shù)據(jù)安全性的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)。架構靈活性非常重要，因為這有利于相對快速地更改 IIoT 中的要求：對于每個新應用，可能需要在不影響自動化環(huán)境變化的情況下挖掘新的數(shù)據(jù)源。 

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 物聯(lián)網(wǎng)的核心由高性能、靈活和安全的數(shù)字化基礎設施構成

網(wǎng)絡層和網(wǎng)段 

現(xiàn)代化網(wǎng)絡在自動化環(huán)境的所有單元之間建立連接。為了滿足日益增加的工業(yè)應用需求，推薦您使用具有多個網(wǎng)絡層和段的網(wǎng)絡架構。 

在機器或生產單元層（控制器、分布式 I/O 模塊、逆變器、 操作單元）中，橫向通信占主導地位，即在機器之間（機器對機器）和生產單元內或它們之間交換小數(shù)據(jù)包，傳輸距離 大多很短（不超過100 米）。有時，通信必須同時具有確定性、故障安全保護、高可用性和未授權訪問保護。 

這一領域的標準為基于以太網(wǎng)的 TCP/IP 協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)以及 PROFINET 等專用協(xié)議。OPC UA 適用于獨立于制造商的數(shù)據(jù)交換或數(shù)據(jù)傳輸，以便在基于云的系統(tǒng)中進行分析和進一步的處理。多協(xié)議網(wǎng)關和連接模塊也可以實現(xiàn)其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)的連接，例如 PROFIBUS、AS-Interface (AS-I) 或 HART，尤其是對現(xiàn)有裝置的集成。 

由于網(wǎng)絡安全原因，對生產單元層的訪問權限也僅授予授權用戶（生產單元保護方案）。這最好通過專用安全模塊來實現(xiàn)，例如從 SCALANCE SC-600 系列實現(xiàn)，該系列采用標準化機制，包括防火墻保護和 VPN 加密。

然后，各個生產單元或多或少會在生產環(huán)境中形成自給網(wǎng)段。

在車間網(wǎng)絡中，可以集中捆綁生產車間中的幾臺機器或系統(tǒng)， 使其具有清晰的結構并且更加透明。這種做法十分合理，因為機器有時必須在生產單元之間快速交換數(shù)據(jù)。在車間網(wǎng)絡中，由于距離較遠，光纖連接很適合匯聚層的較低聚合級別。 

冗余互聯(lián)網(wǎng)絡組件（例如 SCALANCE XM-400，其傳輸速率高達 1 Gbps）適用于處理更大量的數(shù)據(jù)。XM-400 的優(yōu)勢在于其模塊化設計 - 設備會隨著其任務擴展。 

工業(yè)骨干網(wǎng)位于匯聚層的上部，由冗余光纖環(huán)組成，通過冗余（機架）交換機聚集所有下級區(qū)域的數(shù)據(jù)，并構成辦公室 IT 系統(tǒng)的接口。這里的傳輸速度將擴展至 10 Gbps。工業(yè)以太網(wǎng)已將自身構建為標準通信子協(xié)議。向企業(yè) IT 系統(tǒng)核心層的過渡通過防火墻進行保護，向處理或提供生產現(xiàn)場所需信息的工業(yè)數(shù)據(jù)中心的過渡亦是如此。 

在這種情況下，SCALANCE XR-500 交換機是首選。此外， 還建議在適當?shù)木W(wǎng)絡層中使用 SINEC NMS 等。 

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生產和物流數(shù)字化保證了公司的關鍵競爭優(yōu)勢，例如能源管理應用

無線通信  

只有當相應的現(xiàn)場設備擁有通信端口時，才能用有線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆啤?nbsp;

但是，大數(shù)據(jù)對傳輸容器、工具或實際產品等對象也有用。 這正是各種無線技術發(fā)揮作用的地方，這些技術可以縮小 （以太網(wǎng)）通信網(wǎng)絡和實際生產對象之間的差距。無線 LAN (WLAN)、無線射頻識別技術 (RFID) 和實時定位系統(tǒng) (RTLS) 之間存在差別。 

WLAN 網(wǎng)絡已廣泛應用并適用于各種任務，還可以在同一無線網(wǎng)絡上同時使用，但會受到帶寬要求限制。 SCALANCE W系列中產品特別符合堅固、靈活和高性能的工業(yè)要求，而且還能實現(xiàn)安全應用（無線安全）。 

作為無線網(wǎng)絡的配對設備，支持 WLAN 的傳感器必不可少。 這類傳感器可以根據(jù)工廠需要，帶來不同功效。例如，支持 WLAN 的傳感器可以節(jié)省相當大的布線成本，尤其是在工廠的某些點（如室外）沒有通信基礎設施的情況下。 在布線根本不可行的情況下，從移動對象到云的數(shù)據(jù)傳輸還有一個優(yōu)勢。例如，西門子驅動使用的SIMOTICS IQ 說明了在 IIoT 中使用 WLAN 的方法。

SIMOTICS IQ 是一個易于操作的傳感器盒，可以在不干擾驅 動本身的情況下捕獲各種驅動參數(shù)，并通過 WLAN 傳輸至云。 例如，您可以使用RUGGEDCOM RX1400作為接入點，將收集的數(shù)據(jù)記錄通過移動無線網(wǎng)絡傳輸至云。 

作為 IIoT 的第二項技術，RFID 系統(tǒng)已經(jīng)在生產控制和物流應用中使用多年。在這個系統(tǒng)中，所有相關對象均配備小型 無線電芯片（電子標簽），RFID 讀寫器可以通過無線電對 其進行讀取和寫入。 根據(jù)具體過程，RFID電子標簽可以直接插入實際產品中 （例如電子銘牌）或固定到工件輸送架上以備多次使用。 

最后但同樣重要的是，實時定位系統(tǒng) (RTLS) 也已開始在工廠車間中占得一席之位。與 RFID 類似，所有相關對象均提供電子標簽，但與 RFID 不同的是，RTLS 標簽屬于有源標 簽。 

通過錨定基站網(wǎng)絡（與 WLAN 中的接入點類似），電子標簽 從x、y、z三個維度定位，必要時可每秒更新一次位置。位置數(shù)據(jù)從這里傳送給定位管理器，然后由定位管理器發(fā)送至各種目標系統(tǒng)。 此外，SIMATIC RTLS 實時定位系統(tǒng)還提供一個反饋信道， 可以在集成到電子標簽中的電子墨水屏上顯示位置相關信息。 

結構化網(wǎng)絡概念，用于將基于以太網(wǎng)的自動化系統(tǒng)連接至公司網(wǎng)絡 

充分利用先進技術 

僅憑一流的網(wǎng)絡組件并不能構建一流的工業(yè)通信網(wǎng)絡，按需定制的網(wǎng)絡設計同樣必不可少。 

西門子為工業(yè)通信所有環(huán)節(jié)提供從培訓到咨詢和設計，再到集成與實施的全方位服務。 

面向未來的技術和最佳實踐的強強聯(lián)合，為當今制造公司的新數(shù)字化應用創(chuàng)造先決條件。