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★菲尼克斯電氣中國(guó)公司

隨著全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速發(fā)展，智能化已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。在過(guò)去幾年中，智能化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本以及減少了資源浪費(fèi)，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。同時(shí)，智能化技術(shù)還可以助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化、數(shù)字化、智能化的生產(chǎn)管理。

1　項(xiàng)目介紹

某大型鋼鐵廠的智能車間項(xiàng)目投資約200億元，計(jì)劃建設(shè)6個(gè)生產(chǎn)分廠和研發(fā)中心等。該項(xiàng)目分為多個(gè)階段，第一階段規(guī)劃了一個(gè)包含多個(gè)工藝段的車間，涉及約4000臺(tái)設(shè)備組網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)部署需要滿足以下需求：

（1）建立分廠的工業(yè)骨干網(wǎng)絡(luò)，滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)流量需求的同時(shí)，需預(yù)留未來(lái)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線覆蓋接入等流量空間。

（2）實(shí)現(xiàn)OT與IT的融合對(duì)接，同時(shí)保證數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

（3）整體網(wǎng)絡(luò)需要具備可靠性、冗余性和主流工業(yè)協(xié)議的兼容性。

（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要考慮現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)設(shè)備接口和協(xié)議的兼容性。

（5）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要考慮防攻擊、邊界物理和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)。

（6）引入預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，以提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)維護(hù)成本和生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間。

從需求上可看出，此網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)方面需要綜合考慮的因素較多，設(shè)計(jì)難度較大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較多（高達(dá)4000多個(gè)節(jié)點(diǎn)需組網(wǎng)），因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)單點(diǎn)故障和網(wǎng)絡(luò)阻塞等問(wèn)題。

（2）龐大的網(wǎng)絡(luò)面臨的安全問(wèn)題。如數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制、入侵檢測(cè)等，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需考慮如何在保證IT與OT融合的同時(shí)保障數(shù)據(jù)的安全性和機(jī)密性。

（3）如何最大程度地降低此大型網(wǎng)絡(luò)的后期維護(hù)成本，如系統(tǒng)的拓?fù)滹@示、系統(tǒng)的IP分配與管理、異常發(fā)生時(shí)的快速定位與可追溯性、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的詳細(xì)日志記錄以及系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)等。

2　網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

綜合客戶的設(shè)計(jì)需求，菲尼克斯充分考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、設(shè)備分布、通信要求等方面，將整體網(wǎng)絡(luò)劃分層級(jí)，分別為：核心層、匯聚層、接入層。其中接入層配置環(huán)網(wǎng)，匯聚層雙鏈路上聯(lián)，核心層選用萬(wàn)兆交換機(jī)互聯(lián)互通，以確保整體網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。整體配置包括核心層交換機(jī)采用三層交換機(jī)，配置VRRP、OSPF等協(xié)議；匯聚層采用雙鏈路形式，將接入環(huán)與2臺(tái)核心建立主備2條鏈路，實(shí)現(xiàn)了接入環(huán)與核心交換機(jī)之間的多冗余機(jī)制；同時(shí)接入層配置不少于15個(gè)環(huán)網(wǎng)用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。工廠網(wǎng)絡(luò)通過(guò)菲尼克斯工業(yè)防火墻接入IT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了IT與OT融合的同時(shí)又保證了系統(tǒng)的安全性，同時(shí)部署菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)，為整個(gè)系統(tǒng)提供全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)性維護(hù)及故障診斷功能。

圖1  工廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

菲尼克斯工業(yè)通訊產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。工業(yè)交換機(jī)作為一種高可靠性、高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它可以滿足工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的各種需求。菲尼克斯工業(yè)交換機(jī)擁有一體化工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，有抗干擾性能更高、工業(yè)環(huán)境應(yīng)用更穩(wěn)定等特點(diǎn)，支持DIN導(dǎo)軌安裝或者機(jī)架式安裝、PT直插接線。其中非管型交換機(jī)擁有著超薄式設(shè)計(jì)，厚度最小可達(dá)22.5mm，更加節(jié)省柜內(nèi)空間。管理型交換機(jī)支持多種鏈路冗余技術(shù)、LLDP鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議、虛擬局域網(wǎng)技術(shù)（VLAN）、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制功能，廣播抑制和多播抑制，可通過(guò)瀏覽器、命令行方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，支持通過(guò)SD卡的方式進(jìn)行參數(shù)備份，同時(shí)支持多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，擁有多種認(rèn)證，可滿足各種場(chǎng)景的應(yīng)用如制造業(yè)、能源、交通、水處理等。

工業(yè)信息安全方面，菲尼克斯電氣提供從單個(gè)產(chǎn)品、服務(wù)到整體解決方案的一體化信息安全方案。網(wǎng)絡(luò)安全深入貫穿產(chǎn)品和解決方案的整個(gè)生命周期，從安全產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程到構(gòu)建現(xiàn)代信息安全功能，從提供客戶建議到創(chuàng)建安全網(wǎng)絡(luò)方案，再到專業(yè)漏洞管理系統(tǒng)（PSIRT），涵蓋各個(gè)階段。菲尼克斯電氣是德國(guó)第一批通過(guò)IEC62443-4-1和IEC62443-2-4認(rèn)證的公司之一，2018年通過(guò)基于IEC62443-4-1標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)安全產(chǎn)品研發(fā)認(rèn)證，2019年通過(guò)基于IEC62443-2-4標(biāo)準(zhǔn)的安全自動(dòng)化解決方案設(shè)計(jì)認(rèn)證，2021年獲得IEC62443-4-1ML證書，是目前為止頒發(fā)的IEC62443級(jí)別最高的網(wǎng)絡(luò)安全證書。

同時(shí)，隨著工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備越來(lái)越多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，很多時(shí)候客戶面對(duì)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題一籌莫展，菲尼克斯推出工業(yè)以太網(wǎng)在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)。菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)可以以圖形化的方式展示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝袚Q、網(wǎng)絡(luò)斷線等問(wèn)題，以可視化的方式顯示網(wǎng)絡(luò)流量占比、單播/組播/多播/廣播等數(shù)據(jù)包類型等，還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)異常事件并及時(shí)報(bào)警，例如冗余電源故障、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)記錄并保存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，便于查詢故障發(fā)生時(shí)的網(wǎng)絡(luò)信息。在擁有強(qiáng)大的診斷功能的同時(shí)系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)歷史曲線及大數(shù)據(jù)分析，提前預(yù)知網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。

菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)可視化邊緣控制器，支持工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，控制器采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，支持多種語(yǔ)言聯(lián)合開發(fā)，例如IEC61131/C/C++/C#等，網(wǎng)絡(luò)可視化邊緣控制器原生支持云連接，可直接通過(guò)MQTT協(xié)議與私有云或主流云平臺(tái)對(duì)接，輕松實(shí)現(xiàn)“云邊端”一體化，支持WEB訪問(wèn)，可通過(guò)無(wú)線平板、手機(jī)等設(shè)備無(wú)線巡檢。

圖2  菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)界面圖

3　結(jié)語(yǔ)

菲尼克斯電氣集團(tuán)是德國(guó)工業(yè)4.0的重要參與者和推進(jìn)者。作為來(lái)自德國(guó)的隱形冠軍、德國(guó)工業(yè)文明的優(yōu)秀代表，菲尼克斯電氣中國(guó)公司自創(chuàng)建之初，就致力于與中國(guó)產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，用心鋪設(shè)中德產(chǎn)業(yè)合作的橋梁，是中德合作的典范。自2014年菲尼克斯電氣中國(guó)公司正式發(fā)布智能戰(zhàn)略，成立菲尼克斯電氣智能戰(zhàn)略推進(jìn)聯(lián)盟以來(lái)，一直積極地推動(dòng)并聯(lián)合與產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政府部門、科研院所、優(yōu)秀企業(yè)代表等，致力于建立真正全連接的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，將擁有工業(yè)文明共同理念的參與者聯(lián)合起來(lái)，成為未來(lái)整個(gè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)和工業(yè)文明的產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)的驅(qū)動(dòng)者和踐行者。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年5月刊