★菲尼克斯電氣中國公司

隨著(zhù)全球經(jīng)濟和技術(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)域得到了廣泛應用，如工業(yè)機器人、智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等。這些技術(shù)的應用不僅提高了生產(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，為企業(yè)的可持續發(fā)展提供了新的機遇。同時(shí)，智能化技術(shù)還可以助力企業(yè)實(shí)現數據化、數字化、智能化的生產(chǎn)管理。

1　項目介紹

某大型鋼鐵廠(chǎng)的智能車(chē)間項目投資約200億元，計劃建設6個(gè)生產(chǎn)分廠(chǎng)和研發(fā)中心等。該項目分為多個(gè)階段，第一階段規劃了一個(gè)包含多個(gè)工藝段的車(chē)間，涉及約4000臺設備組網(wǎng)?，F場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )部署需要滿(mǎn)足以下需求：

（1）建立分廠(chǎng)的工業(yè)骨干網(wǎng)絡(luò )，滿(mǎn)足現有業(yè)務(wù)流量需求的同時(shí)，需預留未來(lái)數據采集、無(wú)線(xiàn)覆蓋接入等流量空間。

（2）實(shí)現OT與IT的融合對接，同時(shí)保證數據通訊的穩定性、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 )設備需要考慮現場(chǎng)工業(yè)設備接口和協(xié)議的兼容性。

（5）網(wǎng)絡(luò )架構需要考慮防攻擊、邊界物理和網(wǎng)絡(luò )安全設計。

（6）引入預測性維護系統，以提高設備的可靠性和穩定性，降低系統維護成本和生產(chǎn)停機時(shí)間。

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

（1）網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)較多（高達4000多個(gè)節點(diǎn)需組網(wǎng)），因此在設計過(guò)程中需要考慮到網(wǎng)絡(luò )的可靠性和穩定性，避免出現單點(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。如數據加密、訪(fǎng)問(wèn)控制、入侵檢測等，網(wǎng)絡(luò )設計需考慮如何在保證IT與OT融合的同時(shí)保障數據的安全性和機密性。

（3）如何最大程度地降低此大型網(wǎng)絡(luò )的后期維護成本，如系統的拓撲顯示、系統的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 )運行的詳細日志記錄以及系統的預測性維護等。

2　網(wǎng)絡(luò )通訊系統

綜合客戶(hù)的設計需求，菲尼克斯充分考慮網(wǎng)絡(luò )規模、設備分布、通信要求等方面，將整體網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)，匯聚層雙鏈路上聯(lián)，核心層選用萬(wàn)兆交換機互聯(lián)互通，以確保整體網(wǎng)絡(luò )的可靠性和穩定性。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(shí)現了接入環(huán)與核心交換機之間的多冗余機制；同時(shí)接入層配置不少于15個(gè)環(huán)網(wǎng)用于連接現場(chǎng)設備。工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )通過(guò)菲尼克斯工業(yè)防火墻接入IT系統，實(shí)現了IT與OT融合的同時(shí)又保證了系統的安全性，同時(shí)部署菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線(xiàn)監控和診斷專(zhuān)家系統，為整個(gè)系統提供全面的實(shí)時(shí)監測、預測性維護及故障診斷功能。

圖1  工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )架構

菲尼克斯工業(yè)通訊產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。工業(yè)交換機作為一種高可靠性、高性能的網(wǎng)絡(luò )設備，它可以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境對網(wǎng)絡(luò )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)境應用更穩定等特點(diǎn)，支持DIN導軌安裝或者機架式安裝、PT直插接線(xiàn)。其中非管型交換機擁有著(zhù)超薄式設計，厚度最小可達22.5mm，更加節省柜內空間。管理型交換機支持多種鏈路冗余技術(shù)、LLDP鏈路層發(fā)現協(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)行參數設置，支持通過(guò)SD卡的方式進(jìn)行參數備份，同時(shí)支持多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，擁有多種認證，可滿(mǎn)足各種場(chǎng)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(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(kāi)發(fā)過(guò)程到構建現代信息安全功能，從提供客戶(hù)建議到創(chuàng )建安全網(wǎng)絡(luò )方案，再到專(zhuān)業(yè)漏洞管理系統（PSIRT），涵蓋各個(gè)階段。菲尼克斯電氣是德國第一批通過(guò)IEC62443-4-1和IEC62443-2-4認證的公司之一，2018年通過(guò)基于IEC62443-4-1標準的設計安全產(chǎn)品研發(fā)認證，2019年通過(guò)基于IEC62443-2-4標準的安全自動(dòng)化解決方案設計認證，2021年獲得IEC62443-4-1ML證書(shū)，是目前為止頒發(fā)的IEC62443級別最高的網(wǎng)絡(luò )安全證書(shū)。

同時(shí)，隨著(zhù)工業(yè)以太網(wǎng)設備越來(lái)越多，網(wǎng)絡(luò )結構越來(lái)越復雜，很多時(shí)候客戶(hù)面對網(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(xiàn)監控和診斷專(zhuān)家系統。菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線(xiàn)監控和診斷專(zhuān)家系統可以以圖形化的方式展示網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，在線(xiàn)監控網(wǎng)絡(luò )拓撲切換、網(wǎng)絡(luò )斷線(xiàn)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/廣播等數據包類(lèi)型等，還可實(shí)時(shí)監測網(wǎng)絡(luò )異常事件并及時(shí)報警，例如冗余電源故障、網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴等，支持數據庫記錄并保存網(wǎng)絡(luò )數據，便于查詢(xún)故障發(fā)生時(shí)的網(wǎng)絡(luò )信息。在擁有強大的診斷功能的同時(shí)系統基于網(wǎng)絡(luò )歷史曲線(xiàn)及大數據分析，提前預知網(wǎng)絡(luò )風(fēng)險，以實(shí)現預測性維護。

菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線(xiàn)監控和診斷專(zhuān)家系統采用網(wǎng)絡(luò )可視化邊緣控制器，支持工業(yè)現場(chǎng)安裝，控制器采用開(kāi)放式系統架構，支持多種語(yǔ)言聯(lián)合開(kāi)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對接，輕松實(shí)現“云邊端”一體化，支持WEB訪(fǎng)問(wèn)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)平板、手機等設備無(wú)線(xiàn)巡檢。

圖2  菲尼克斯工業(yè)以太網(wǎng)在線(xiàn)監控和診斷專(zhuān)家系統界面圖

3　結語(yǔ)

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(jìn)者。作為來(lái)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(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，用心鋪設中德產(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公司正式發(fā)布智能戰略，成立菲尼克斯電氣智能戰略推進(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(mén)、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)建設的驅動(dòng)者和踐行者。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年5月刊