工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改造工廠網(wǎng)絡(luò)連接的兩層三級(jí)

工業(yè)中網(wǎng)絡(luò)連接由來(lái)已久，可以追溯到1950年工廠內(nèi)部的單機(jī)數(shù)控，之后又有了工控系統(tǒng)。隨著ERP（EnterpriseResourcePlanning，企業(yè)資源計(jì)劃）、MES（ManufacturingExecutionSystem，制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行系統(tǒng)）的集成，逐漸融合了更多的新興技術(shù)，工業(yè)也開(kāi)始從最初的單點(diǎn)信息技術(shù)應(yīng)用向全面的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化變革。2012年底，通用電氣（GE）提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。而我國(guó)于2013年8月，工信部頒布《信息化與工業(yè)化融合專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》，促進(jìn)兩化融合。一工業(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(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在特定場(chǎng)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(wú)縫集成方面，往往不能滿(mǎn)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(guó)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。以下是一個(gè)典型的工業(yè)企業(yè)的IT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。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(yíng)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。以下是典型的OT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：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(ChiefInformationOfficer首席信息官），而OT通常報(bào)告給COO（ChiefOperatingOfficer首席運(yùn)營(yíng)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(guó)的說(shuō)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(guó)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(guò)后來(lái)知道了積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召是沒(méi)錯(cuò)的，國(guó)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(chǎng)級(jí)”、“車(chē)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(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線被大量用于連接現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)傳感器、行器與工業(yè)控制器。近年來(lái)，雖然已有部分支持工業(yè)以太網(wǎng)通信接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但仍有大量的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)級(jí)，無(wú)線通信只是部分特殊場(chǎng)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(chē)間級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接車(chē)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(yíng)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(wèn)題問(wèn)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(chǎng)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集需求，OT網(wǎng)絡(luò)中的車(chē)間級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)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(chē)間和現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)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(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸并重。問(wèn)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(chǎng)和車(chē)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)。三工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將IT和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(lái)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(kāi)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(guò)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(lái)，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(wú)縫集成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化，圍繞生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，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(wú)論是在工廠內(nèi)還是在現(xiàn)場(chǎng)，都應(yīng)得到確認(rèn)。只有經(jīng)過(guò)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(wú)價(jià)值的。啟用