智能工厂融合网络解决方案

1、工厂网络建设背景

智能工厂是实现智能制造的重要载体,通过构建智能化生产系统、网络化分布生产设施,实现生产过程的智能化。而智能网络在智能工厂的建设中占有举足轻重的地位,就如同人体里流淌着的血液,可以说没有智能网络的支撑就无法保障智能工厂的落地。

新兴概念“智慧工厂”、“智能制造”、“柔性制造”、“个性化定制”畅想美好,是各大制造厂商升级和转型的重要方向。由于现有以太网技术的局限性,多年来制造厂商一直没能解决的痛点是IT和OT的网络融合问题。随着工业4.0的步伐逐步加快,IT和OT的网络融合又是一个不可避免的趋势,可以解决工厂在网络建设过程中面临的投资成本高、工程实施进度慢、后期运维工作量大等困扰。

2、智能工厂网络需求分析

在传统以太网中,IT和OT并非不可以融合,而是工厂“不敢”把IT和OT融合,原因是传统以太网的工作方式是“尽力而为”,网络融合会产生工厂不可接受的后果。例如IT的数据流量会影响到OT的控制系统,在一个工厂中,控制系统是整个工厂的生命线,任何情况下任何数据都不能影响到工厂的控制系统。

智能工厂网络的基本需求应包括以下几点:

(1)设备通信与管理通信融合

(2)软件定义智慧工厂、软件定义智能网络

(3)通信高密度、高带宽

(4)数据安全、通信可靠

(5)网络易使用、可观察、可管理

(6)网络组建和维护的便利性

智能工厂融合网络解决方案
图1  工厂网络体系架构

如图1所示,智能工厂网络体系架构分为8个层次,融合网络解决方案的服务范围包括:1、智能机器与工厂控制系统,5、工厂控制系统与工厂云平台,6、工厂云平台与用户。

3、IT/OT融合网络方案

应用EOE技术,提出智能确定性网络IDN (Intelligent Deterministic Network),IDN网络在IT和OT融合方面具有明显的优势,这也是现在自动化工厂转型真正需要的网络架构。

IDN网络具有6项特征:

(1)双通道机制:确保IT和OT的数据互不影响,实时通道为OT数据提供微秒级延时和纳秒级抖动的确定性传输。

(2)数据多路径传输:确保整个网络数据多条路径可达,在某条路径出现问题时不影响设备的正常工作(零自愈网络)。

(3)精准时间服务:网络对接入设备的精准授时和对数据的时间标记。

(4)整体网络趋向二层传输:提高网络的带宽和工作效率。

(5)复杂的网络拓扑:使工厂的网络更可靠、更安全。

(6)零配置自组网:使工厂的网络施工更加简单、维护方便。

智能工厂融合网络解决方案
图2  IT/OT融合网络架构

如图2所示,以上的IDN网络特征,是现有网络所不具备的,要想实现真正的网络融合,这些特征必不可少。IDN网络让自动化工厂的IT和OT融合成为可能,为智能工厂构建新一代的智能网络。

4、融合网络安全

 IDN网络兼容标准以太网设备,工厂网络安全设备如防火墙、流量审计分析系统和工业安全网关都可以按照常规方式部署,EOE技术特有的“以太总线”工作方式可以让网络安全设备的作用最大化。除此之外,IDN网络也提供了如下安全保障:

(1)彻底根除网络风暴

复杂的网络拓扑设计在提高通信可靠性的同时,IDN网络中不会产生网络风暴。

(2)逻辑层一键锁定

网络施工和配置完成后,通信可以在逻辑层进行一键锁定,锁定后拒绝再为其它设备提供通信服务。

(3)白名单机制

网络提供白名单服务,不在白名单之内的MAC地址无法正常通信。

(4)实时通道认证服务

用户需要自行定义实时通道使用权限,认证通过的设备才能使用实时通道通信,即使网络被攻破也不会影响OT数据的确定性传输。

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