要实现工业4.0?先看看你的交换机答不答应

一、迈向工业4.0 的第一步

近年来,随着工业4.0概念的火热以及“中国制造2025”行动纲领的提出,越来越多的厂商加入到新产品以及新技术开发的潮流中。也因为理解、研究的逐渐深入,我们不难得出结论:工业4.0的技术实现首先是自动化系统内部的横向连接,即通过统一平台和单一的编程环境将控制、驱动、低压配电等系统深度集成;其次是下层现场传感和数据采集层与中层设备控制层及上层企业管理系统的纵向连接。最后,是基于移动和虚拟化等技术实现人性化、可交互和更高效的远程管理。以上这些都必须基于开放标准和统一协议的通讯网络,以实现工厂内所有设备(包括企业级设备)彼此之间的相互通信。

然而,目前中国制造的设备层数据尚未数字化、控制层总线标准各异、工厂管控与企业管理信息不交互的三大症结,使得现场数据采集层、生产控制层以及企业管理层的信息交互很难实现。所以,通过按资源配置、效率最大化的网络系统将工厂网络和总线资源整合起来,进而实现工艺流程、品类切换、产线资源等要素的自由调配,则应是我们首先应该实施的。也就是说,我们可以通过生产控制层的网络化改造和建设,迈出走向工业4.0的第一步。

二、智能工业迫切需要网络进入控制层

随着工业现场设备的智能化以及控制方式由单点走向协同,同时工业控制由工厂应用发展到市政、金融等更广阔的领域,系统日趋分散,现场设备之间需要进行实时、快速的通信,传输数据的带宽也相应由窄带转向宽带。此外,在工业控制的上层,需要集成生产计划和控制、质量管理、跟踪能力、维护系统等功能,希望从现场设备到本地操作站、管理层的整个控制网络实现一体化以提高生产率,更快地评估、控制系统的每一部分,从而实现高效、实时、透明的远程运营和管理。因此,工业控制网络正朝着宽带、实时、透明、双向、互操作的方向发展,这就需要工业控制网络具备标准化、归一化的技术特点,以实现管理层、控制层和现场设备层更好的互连、互通和互操作。

我国工业领域中标准统一化、结构网络化的改造工程中,智能变电站的三层两网结构改造取得非常优秀的成绩。而其中工业以太网技术更是起到重要作用。

工业以太网可以构建互连、互通,以及具有更好互操作性的透明一体化工业控制网络,它具备更宽的带宽和更大的数据包以满足越来越多的智能自动化设备的通信;更快速的同步实时通信以满足运动控制应用的需求;在更大范围内连接更多的设备并为之设置地址;提供新功能如制造执行系统MES、在线升级固件、远程组态及故障处理;集成现有的现场总线系统;可以使用标准化、低成本的以太网设备,如交换机、线缆、集线器等。因此,工业以太网可以实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接,形成企业级管控一体化的全开放网络,实现管理层、控制层到现场设备层之间工业通信的一网到底。而现场设备层对工业以太网交换机的需求远高于管理层和控制层的需求。

三、传统工业交换机的现状

传统的工业交换机一般使用在工业控制命令层之上,只起到数据传输的作用,也就是承载PLC与PLC之间、PLC与Sever之间数据通信。在这一层,设备之间的通信协议大多是基于TCP/IP开发、应用的,所以数据传输的速度、精度、安全性虽然有要求,但是标准不高。而工业控制命令层(PLC与IO之间的通信)采用现场总线技术,对数据的速度、精度、安全性的要求大大提高了,传统的工业交换机虽然可实现信息共享,但无法保障控制命令数据的正常交换,显然是不行的。如果想应用工业以太网实现控制命令层的网络化,对传统工业交换机的再升级就是必然的趋势。

原文发布于微信公众号 - 钱塘大数据(qtbigdata)

原文发表时间:2016-06-18

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