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。