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[推荐]工业现场的融合网络建设

文章出处:http://www.bjttsf.com    责任编辑:zhao 发布时间:2018-04-10

工业设备种类繁多,工业现场环境复杂多变,通讯技术尤其工业物联网发展非常迅猛,面向未来的工厂现场网络必将是一个融合多种技术的网络架构,而与此同时也需要关注网络安全......


都说工业物联网是智慧工厂的物理基础,如果把现场感知比作人的感官系统,那么工业现场通讯就是人的神经末梢系统。


在现场感知设备、智能装备对制造数据进行抓取之后,如何将这些制造数据传输到各个层次的信息系统和大数据平台?将上层的管理指令下达到底层设备?实现各个设备的互联互通实现更大范围的自动化?这些都是工业现场通讯的关注重点,也是工业物联网和工业大数据的重要衔接环节。

从工业现场通讯的发展历史来看,相关技术的发展大概经历了3个阶段:
  • 现场总线从上世纪80年代逐步发展起来,已成为自动化的标准配置,在过程自动化、制造自动化、楼宇自动化有着成熟的应用,并形成了大量的存量设备;
  • 本世纪初,随着IT技术的发展,以太网技术与现场总线技术的融合,工业以太网在工业现场有了大量应用,并成为工业现场的主流应用;
  • 在特殊环境下,网线敷设比较困难,而一些现场设备需要灵活移动以满足业务需求;于是工业无线网络就成为了补充现场总线、工业以太网的有效补充。
当前工业物联网的发展对于工业现场网络有着极大的影响,各种网络技术也在互相促进和相互融合。网络融合为企业带来便利的同时,也会带来网络安全风险,因此需要持续关注和加大投入。

工业现场网络的融合架构

考虑到工业设备种类繁多、工业现场环境复杂多变、通讯技术特别是工业物联网发展非常迅猛,面向未来的工厂现场网络必将是一个融合了多种技术的网络架构。工知哥从经验入手提出一个工业现场网络的融合架构,供大家参考。


工业现场融合网络的设计考量如下:

●  工业以太网为主干,满足PLC/DCS、操作终端、上层服务器的通信要求,建议采用千兆光纤双环,以保证稳定可靠;

●  工业以太网或现场总线来支持PLC/DCS与现场传感器、执行机构的通信。考虑到工业以太网具有一网到底的优势,从通信功能而言,优先选择工业以太网来实现现场IO通讯;

●  无线MESH网络满足移动作业、物资配送的设备或终端通信需求;

●  无线传感器网络满足新增仪表的通讯要求。

此融合网络是基于工厂自身建设的考量,基于低功耗广域物联网(LPWAN)的通讯技术(如NB-IOT)也可以是融合网络的有效补充和延展。

现场总线

现场总线出现之前,工业自动化普遍采用4-20mA的电流信号,传输到PLC或DCS后经过模数转换呈现为数字化信号。而现场总线以数字通信方式,替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。

现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层,作为工厂设备级基础通讯网络,要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点:具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定,多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。

目前国际上有40多种现场总线,常见的现场总线包括ControlNet、Profibus 、FF HSE、WorldFIP现场总线、INTERBUS、FF H1现场总线。


工业以太网

目前常用的现场总线已经有数十种,但这些现场总线难以形成统一的标准,多种现场总线互不兼容,不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输,并与信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现。

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