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★菲尼克斯電氣中國公司

隨著全球經濟和技術的快速發(fā)展，智能化已經成為工業(yè)發(fā)展的趨勢和方向。在過去幾年中，智能化技術在工業(yè)領域得到了廣泛應用，如工業(yè)機器人、智能傳感器、物聯(lián)網、云計算等。這些技術的應用不僅提高了生產效率和質量，同時也降低了生產成本以及減少了資源浪費，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的機遇。同時，智能化技術還可以助力企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)化、數(shù)字化、智能化的生產管理。

1　項目介紹

某大型鋼鐵廠的智能車間項目投資約200億元，計劃建設6個生產分廠和研發(fā)中心等。該項目分為多個階段，第一階段規(guī)劃了一個包含多個工藝段的車間，涉及約4000臺設備組網。現(xiàn)場網絡部署需要滿足以下需求：

（1）建立分廠的工業(yè)骨干網絡，滿足現(xiàn)有業(yè)務流量需求的同時，需預留未來數(shù)據(jù)采集、無線覆蓋接入等流量空間。

（2）實現(xiàn)OT與IT的融合對接，同時保證數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

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

（4）網絡設備需要考慮現(xiàn)場工業(yè)設備接口和協(xié)議的兼容性。

（5）網絡架構需要考慮防攻擊、邊界物理和網絡安全設計。

（6）引入預測性維護系統(tǒng)，以提高設備的可靠性和穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)維護成本和生產停機時間。

從需求上可看出，此網絡在設計方面需要綜合考慮的因素較多，設計難度較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）網絡節(jié)點較多（高達4000多個節(jié)點需組網），因此在設計過程中需要考慮到網絡的可靠性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)單點故障和網絡阻塞等問題。

（2）龐大的網絡面臨的安全問題。如數(shù)據(jù)加密、訪問控制、入侵檢測等，網絡設計需考慮如何在保證IT與OT融合的同時保障數(shù)據(jù)的安全性和機密性。

（3）如何最大程度地降低此大型網絡的后期維護成本，如系統(tǒng)的拓撲顯示、系統(tǒng)的IP分配與管理、異常發(fā)生時的快速定位與可追溯性、網絡運行的詳細日志記錄以及系統(tǒng)的預測性維護等。

2　網絡通訊系統(tǒng)

綜合客戶的設計需求，菲尼克斯充分考慮網絡規(guī)模、設備分布、通信要求等方面，將整體網絡劃分層級，分別為：核心層、匯聚層、接入層。其中接入層配置環(huán)網，匯聚層雙鏈路上聯(lián)，核心層選用萬兆交換機互聯(lián)互通，以確保整體網絡的可靠性和穩(wěn)定性。整體配置包括核心層交換機采用三層交換機，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臺核心建立主備2條鏈路，實現(xiàn)了接入環(huán)與核心交換機之間的多冗余機制；同時接入層配置不少于15個環(huán)網用于連接現(xiàn)場設備。工廠網絡通過菲尼克斯工業(yè)防火墻接入IT系統(tǒng)，實現(xiàn)了IT與OT融合的同時又保證了系統(tǒng)的安全性，同時部署菲尼克斯工業(yè)以太網在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)，為整個系統(tǒng)提供全面的實時監(jiān)測、預測性維護及故障診斷功能。

圖1  工廠網絡架構

菲尼克斯工業(yè)通訊產品在工業(yè)領域有著廣泛的應用。工業(yè)交換機作為一種高可靠性、高性能的網絡設備，它可以滿足工業(yè)生產環(huán)境對網絡通信的各種需求。菲尼克斯工業(yè)交換機擁有一體化工業(yè)級設計，有抗干擾性能更高、工業(yè)環(huán)境應用更穩(wěn)定等特點，支持DIN導軌安裝或者機架式安裝、PT直插接線。其中非管型交換機擁有著超薄式設計，厚度最小可達22.5mm，更加節(jié)省柜內空間。管理型交換機支持多種鏈路冗余技術、LLDP鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議、虛擬局域網技術（VLAN）、網絡風暴抑制功能，廣播抑制和多播抑制，可通過瀏覽器、命令行方式進行參數(shù)設置，支持通過SD卡的方式進行參數(shù)備份，同時支持多種工業(yè)以太網協(xié)議，擁有多種認證，可滿足各種場景的應用如制造業(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產品、服務到整體解決方案的一體化信息安全方案。網絡安全深入貫穿產品和解決方案的整個生命周期，從安全產品開發(fā)過程到構建現(xiàn)代信息安全功能，從提供客戶建議到創(chuàng)建安全網絡方案，再到專業(yè)漏洞管理系統(tǒng)（PSIRT），涵蓋各個階段。菲尼克斯電氣是德國第一批通過IEC62443-4-1和IEC62443-2-4認證的公司之一，2018年通過基于IEC62443-4-1標準的設計安全產品研發(fā)認證，2019年通過基于IEC62443-2-4標準的安全自動化解決方案設計認證，2021年獲得IEC62443-4-1ML證書，是目前為止頒發(fā)的IEC62443級別最高的網絡安全證書。

同時，隨著工業(yè)以太網設備越來越多，網絡結構越來越復雜，很多時候客戶面對網絡問題一籌莫展，菲尼克斯推出工業(yè)以太網在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)。菲尼克斯工業(yè)以太網在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)可以以圖形化的方式展示網絡拓撲結構，在線監(jiān)控網絡拓撲切換、網絡斷線等問題，以可視化的方式顯示網絡流量占比、單播/組播/多播/廣播等數(shù)據(jù)包類型等，還可實時監(jiān)測網絡異常事件并及時報警，例如冗余電源故障、網絡風暴等，支持數(shù)據(jù)庫記錄并保存網絡數(shù)據(jù)，便于查詢故障發(fā)生時的網絡信息。在擁有強大的診斷功能的同時系統(tǒng)基于網絡歷史曲線及大數(shù)據(jù)分析，提前預知網絡風險，以實現(xiàn)預測性維護。

菲尼克斯工業(yè)以太網在線監(jiān)控和診斷專家系統(tǒng)采用網絡可視化邊緣控制器，支持工業(yè)現(xiàn)場安裝，控制器采用開放式系統(tǒng)架構，支持多種語言聯(lián)合開發(fā)，例如IEC61131/C/C++/C#等，網絡可視化邊緣控制器原生支持云連接，可直接通過MQTT協(xié)議與私有云或主流云平臺對接，輕松實現(xiàn)“云邊端”一體化，支持WEB訪問，可通過無線平板、手機等設備無線巡檢。

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

3　結語

菲尼克斯電氣集團是德國工業(yè)4.0的重要參與者和推進者。作為來自德國的隱形冠軍、德國工業(yè)文明的優(yōu)秀代表，菲尼克斯電氣中國公司自創(chuàng)建之初，就致力于與中國產業(yè)共同發(fā)展，用心鋪設中德產業(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)略推進聯(lián)盟以來，一直積極地推動并聯(lián)合與產業(yè)相關的政府部門、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，成為未來整個自動化產業(yè)、制造業(yè)和工業(yè)文明的產業(yè)生態(tài)建設的驅動者和踐行者。

摘自《自動化博覽》2023年5月刊