大家好，我是小智，智能制造之家號(hào)主~
前面我們講了PROFINET、ETHERNET/IP、ETHERCAT、OPCUA、Modbus TCP..........
也從頂層的ERP、 PLM 說到了中間層的MES/MOM、 SCADA，再到底層的 PLC，傳感器.........
我們還分析了TCP協(xié)議，西門子S7協(xié)議等等
也正是由上面的各種協(xié)議，各種系統(tǒng)，各種網(wǎng)絡(luò)方式，構(gòu)成了整個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)，今天我們來聊一聊工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的兩層與三級(jí)，本次內(nèi)容主要有：
01 工業(yè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)連接的現(xiàn)狀
02 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的兩層三級(jí)
03 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將IT與OT融合
04 結(jié)語
01 工業(yè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)連接的現(xiàn)狀
工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)已廣泛存在各種網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，這些技術(shù)分別針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的特場景進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在特定場景下發(fā)揮了巨大作用和性能優(yōu)勢(shì)，但在數(shù)據(jù)的互操作和無縫集成方面，往往不能滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)日益發(fā)展的需求。
1、工業(yè)的IT網(wǎng)絡(luò)
我國工廠的IT網(wǎng)絡(luò)，主要指的是基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。IT網(wǎng)絡(luò)由管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、支撐管理流程的技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用程序組成。這些管理的應(yīng)用程序包括ERP、MES、EAM、WMS等。這都屬于典型的工業(yè)企業(yè)的IT網(wǎng)絡(luò)。
2、工業(yè)的OT網(wǎng)絡(luò)
OT網(wǎng)絡(luò)是由管理生產(chǎn)資產(chǎn)、保持順暢運(yùn)營的技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用程序組成。這些管理的應(yīng)用程序包括PLC、PCD、SCADA、SIS、數(shù)據(jù)歷史和網(wǎng)關(guān)等等。這都屬于典型的OT網(wǎng)絡(luò)。
02 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的兩層三級(jí)
二、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的兩層三級(jí)
IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之前是分屬不同的管理者管理，IT通常報(bào)告給CIO(Chief Information Officer首席信息官），而OT通常報(bào)告給COO（ Chief Operating Officer首席運(yùn)營官），這樣IT和OT在一個(gè)企業(yè)內(nèi)就成了兩張皮。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)按我國的說法“兩化融合”，就是要將IT（信息化）和OT（工業(yè)化）這兩化融合，并且國家早在2008年就將工業(yè)部和信息產(chǎn)業(yè)部合二為一，成立了工業(yè)和信息化部。筆者不知道有多少人知道這兩個(gè)部為什么要這么合并？反正當(dāng)時(shí)身處IT的筆者對(duì)此很迷惑，內(nèi)心腹誹了許久，當(dāng)時(shí)想，就是合并文化部也比工業(yè)部靠譜呀，畢竟文化也是信息的產(chǎn)物呀。扯遠(yuǎn)了，不過后來知道了積極響應(yīng)國家號(hào)召是沒錯(cuò)的，國家的考量都是具有深遠(yuǎn)意義的。
工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“兩層三級(jí)”“兩層”是就是指以上所述的“IT 網(wǎng)絡(luò)”和“OT 網(wǎng)絡(luò)”兩層
技術(shù)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；“三級(jí)”是指根據(jù)目前工廠管理層級(jí)的劃分，網(wǎng)絡(luò)也被分為“現(xiàn)場級(jí)”、“車間級(jí)”、“工廠級(jí)/企業(yè)級(jí)”三個(gè)層次，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨(dú)立。
1、工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)連接
（1）現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接
工業(yè)現(xiàn)場總線被大量用于連接現(xiàn)場檢測(cè)傳感器、執(zhí)行器與工業(yè)控制器。近年來，雖然已有部分支持工業(yè)以太網(wǎng)通信接口的現(xiàn)場設(shè)備，但仍有大量的現(xiàn)場設(shè)備依舊采用電氣硬接線直連控制器的方式連接。在現(xiàn)場級(jí)，無線通信只是部分特殊場合被使用，存量很低。這種現(xiàn)狀造成工業(yè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、集成和運(yùn)維的各個(gè)階段的效率，都受到極大制約，進(jìn)而阻礙著精細(xì)化控制和高等級(jí)工藝流程管理的實(shí)現(xiàn)。
（2）車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接
車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信主要是完成控制器之間、控制器與本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之間，以及控制器與運(yùn)營級(jí)之間通信連接。這部分主流是采用工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，也有部分廠家采用自有通信協(xié)議進(jìn)行本廠控制器和系統(tǒng)間的通信。當(dāng)前已有的工業(yè)以太網(wǎng)，但不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議間的互聯(lián)性和兼容性限制大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
（3）工廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接
工廠級(jí)的網(wǎng)絡(luò)IT 網(wǎng)絡(luò)通常采用高速以太網(wǎng)以及TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
2、工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接的問題
問題一：“兩層三級(jí)”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)嚴(yán)重影響著信息互通的效率
隨著大數(shù)據(jù)分析和邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)的對(duì)現(xiàn)場級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集需求，OT 網(wǎng)絡(luò)中的車間級(jí)和現(xiàn)場級(jí)將逐步融合（尤其在流程行業(yè)），同 時(shí) MES 等信息系統(tǒng)向車間和現(xiàn)場延伸的需求，推動(dòng)了 IT 網(wǎng)絡(luò)與OT 網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢(shì)。
問題二：傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)依附于控制系統(tǒng)
傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基本上依附于控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)的信息傳輸，而新業(yè)務(wù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)的采集需求，促使工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將控制信息和過程數(shù)據(jù)的傳輸并重。
問題三：三層兩級(jí)架構(gòu)中間仍是隔離的
為了信息安全，IT和OT兩層之間會(huì)采用物理防火墻隔離，甚至在OT內(nèi)部即現(xiàn)場和車間還采用一層物理割裂，這導(dǎo)致現(xiàn)在工廠中互聯(lián)網(wǎng)僅用于商業(yè)信息交互，企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)難以延伸到生產(chǎn)系統(tǒng)，大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)沉淀、消失在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。
03 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將IT與OT融合
隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等的發(fā)展，OT與IT技術(shù)的融合正在不斷深入。傳統(tǒng)模式下，出于安全性考慮，工廠自動(dòng)化設(shè)備是被隔離保護(hù)起來的。而IT技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)開始向外部轉(zhuǎn)移，如轉(zhuǎn)移到各種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。近幾年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)逐漸向云端發(fā)展，也被更多的工業(yè)企業(yè)接受。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，IT與OT在工業(yè)領(lǐng)域的邊界變得模糊，逐步走向深入融合。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在這些設(shè)備及系統(tǒng)之間流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)為人、機(jī)、物全面互聯(lián)，促進(jìn)各種工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動(dòng)和無縫集成，通過網(wǎng)絡(luò)化，圍繞生產(chǎn)經(jīng)營，形成一個(gè)系統(tǒng)化的智能體系。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決IT和OT融合，具備以下功能:
1、識(shí)別、驗(yàn)證和連接所有設(shè)備和機(jī)器
系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備，無論是在工廠內(nèi)還是在現(xiàn)場，都應(yīng)得到確認(rèn)。只有經(jīng)過批準(zhǔn)的設(shè)備和系統(tǒng)才能相互通信。這將減少黑客攻擊、將不受信任的設(shè)備插入網(wǎng)絡(luò)以及減少對(duì)任何系統(tǒng)或機(jī)器的不受信控制等風(fēng)險(xiǎn)。
2、安全性
加密IT與OT設(shè)備之間的所有通信，將確保中繼數(shù)據(jù)的保密性。
3、數(shù)據(jù)完整性
確保從這些系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)的完整性，是一個(gè)高度優(yōu)先事項(xiàng)。雖然智能分析是采用IIoT的主要驅(qū)動(dòng)因素，但如果數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，這些都是毫無價(jià)值的。啟用這些軟件和固件的遠(yuǎn)程升級(jí)將有助于確保它們的完整性。
04 結(jié)語
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，打破了企業(yè)內(nèi)部的信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)互通，促進(jìn)各種工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動(dòng)和無縫集成，在物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的使能之下，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化。
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