随着工业4.0时代的到来，智能制造变得日益重要。在这个背景下，工业PON（无源光网络）传输技术作为一种创新的通信解决方案，正逐渐成为推动智能制造发展的重要力量。
今天下午，由CIOE、C114与中国电信（601728）股份有限公司研究院共同合作主办的“工业PON技术研讨会”，作为2024中国高质量发展论坛的第五场线上论坛顺利举行。东北大学副教授吴志伟在主旨报告中分析了现有工业控制网络的不足，介绍了“一网到底”的工业PON控制网络解决方案，即利用工业PON作为工业控制网络连接架构，向下融合底层控制网络，向上赋能智能控制。
工业控制网络需求和演进
吴志伟介绍，典型的工业自动化系统架构为金字塔结构，主要包括上层的企业资源计划ERP，中间层的制造执行系统MES，以及下层由车间级监控、基础回路控制和生产过程所组成的PCS。
而传统工业控制网络主要采用“两层三级”的网络结构，其中，“两层”是指IT网络和OT网络，“三级”是指工厂级、车间级和现场级。
吴志伟指出，当前的工业自动化系统存在两大问题：一是对人的经验和知识依赖程度较高，无法实现生产全流程的优化决策；二是PLC/DCS管控系统无法实现工业大数据驱动的工业智能算法。
而工业控制网络的行业需求，一方面是面向智能化系统的工业控制网络体系与解决方案，支撑传统以PLC/DCS为核心的自动控制系统向智能化控制系统的转型，另一方面是实现控制网络从“两层三级”向“一网到底”的演变。
面向工业控制网络如何实现多协议下的工业大数据的互联互通，工业控制网络如何支撑数据价值深入挖掘，工业控制网络如何实现异构工业大数据驱动的闭环智能控制等挑战，吴志伟提出“一网到底”的工业PON控制网络解决方案。
基于PON的工业控制网络解决方案
吴志伟介绍，基于工业PON的新型工业控制网络解决方案总体架构分为端、边、云三个方面。其中，端侧进行生产过程控制和工况感知；边侧是数据传输底座，基于工业PON构建算网融合系统；云侧进行工业大数据汇聚和智能决策控制。
吴志伟进一步介绍，基于工业PON的新型工业控制网络设计思路是“一网到底”，首先是要实现工业大数据的互联互通，将PON内化为工业控制网络连接架构；其次是网络的确定性传输能力增强，PON向下融合底层控制网络；另外，实现网络与控制一体化，PON向上赋能智能控制。控制功能的设计思路是能够实现运行工况智能感知、生产要素预测与回溯、高性能控制；以及人机互动与协作的智能优化决策、智能自主控制等。
其关键技术包括用于闭环控制的网络传输技术和网络连接架构，以及工业控制场景的适配能力。例如，具有确定性数据传输功能的网络技术，保证在设计者确定的采样周期内完成智能
建模与智能优化决策算法所涉及的数据采集、传输与处理；PON面向工业以太网、现场总线的承载技术，实现与现有工业网络的兼容。现有工业PON架构基础上的工业网络系统统一连接架构模式；现场总线、工业以太网、工业无线网络等多类型网络协议统一接入组网的协议栈、功能模块、信息库、程序和接口调用方法等。
吴志伟以基于工业PON的电熔镁砂生产过程为例，有赖于该解决方案，电熔镁砂产品的单吨能耗降低4%，产量提高5%，提高了企业的市场竞争力。未来，随着技术的不断成熟和创新，预计工业PON将更加强大，能够更好地服务于智能制造领域，推动工业自动化和数字化转型。