《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)》 課件 項目四 任務(wù)1 規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

Project4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)IndustrialInternetNetworkConstruction任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，面向工業(yè)企業(yè)提供工廠內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的升級改造建設(shè)工作，是實現(xiàn)工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵步驟，也是落實“兩化融合”的具體內(nèi)容之一，進而打破工業(yè)企業(yè)的信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)互通。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)升級改造的第一步是進行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃，一般從網(wǎng)絡(luò)的需求分析、子網(wǎng)劃分、區(qū)域劃分、設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)拓撲等方面入手，按照自下而上的層級順序進行。本任務(wù)主要圍繞需求分析、子網(wǎng)劃分、設(shè)備選型和網(wǎng)絡(luò)拓撲等進行介紹，為讀者具備后續(xù)建設(shè)小型工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供規(guī)劃設(shè)計的能力。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.需求分析網(wǎng)絡(luò)需求分析是為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)升級改造提供整體規(guī)劃指導方向，是進行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計的基本依據(jù),它決定了企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)目標、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能和實現(xiàn)形式。通過網(wǎng)絡(luò)需求分析，可以歸納出對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有重大影響的因素，進而使設(shè)計人員得出網(wǎng)絡(luò)升級改造需要的帶寬、時延、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能等要求。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需求分析一般包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分析、應(yīng)用業(yè)務(wù)分析、網(wǎng)絡(luò)性能分析和網(wǎng)絡(luò)安全分析等，具體內(nèi)容如下。①網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分析網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分析既要明確網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的范圍，確定規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)是一個車間級局域網(wǎng)、工廠級內(nèi)網(wǎng)，還是一個完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)；又要明確接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類型、各類設(shè)備數(shù)量及地理分布位置；還要明確網(wǎng)絡(luò)的可擴展性和可擴容性等要求。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)②應(yīng)用業(yè)務(wù)分析應(yīng)用業(yè)務(wù)分析要明確企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用業(yè)務(wù)，包含信息采集業(yè)務(wù)類應(yīng)用(現(xiàn)場總線應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集等)、設(shè)備控制類業(yè)務(wù)應(yīng)用（PLC、DCS）、連接類業(yè)務(wù)應(yīng)用（MES）、上云業(yè)務(wù)應(yīng)用及其它特殊業(yè)務(wù)。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)③網(wǎng)絡(luò)性能分析網(wǎng)絡(luò)性能分析要明確網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能（帶寬、時延等）需求。例如安防網(wǎng)絡(luò)一般需求千兆網(wǎng)絡(luò)帶寬；生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)連接運動控制驅(qū)動器，一般要求不能連續(xù)2次業(yè)務(wù)丟包，并且命令報文周期在小于1ms級別等。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)④網(wǎng)絡(luò)安全分析網(wǎng)絡(luò)安全分析要明確規(guī)劃物理防火墻、工業(yè)網(wǎng)閘等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；明確采用網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，例如認證、加密、訪問控制、病毒防護等技術(shù)。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2.子網(wǎng)劃分子網(wǎng)劃分是將一個較大的IP網(wǎng)絡(luò)劃分為更小的子網(wǎng)，以提高網(wǎng)絡(luò)的管理和效率。子網(wǎng)劃分可以根據(jù)需求、規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)拓撲進行靈活配置。子網(wǎng)劃分一般針對工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)而言，是對需接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備按功能屬性分類，分別規(guī)劃入不同的子網(wǎng)，通過虛擬局域網(wǎng)（VLAN）方式劃分。各子網(wǎng)內(nèi)部根據(jù)入網(wǎng)設(shè)備所在地理位置分布，進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的合理區(qū)域劃分。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的子網(wǎng)劃分主要包括生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)、安防網(wǎng)等，具體內(nèi)容如下。通常將與遠程控制、產(chǎn)線級控制、工藝過程數(shù)據(jù)采集相關(guān)類設(shè)備，包括DCS/PLC控制系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、工程師站、工業(yè)機器人、智能儀表等設(shè)備，歸入生產(chǎn)網(wǎng)。生產(chǎn)網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、時延、設(shè)備容量存在較高的要求。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常將與企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)相關(guān)類設(shè)備，包括辦公室辦公電腦、打印機、辦公服務(wù)器、工作站等設(shè)備，歸入辦公網(wǎng)。辦公網(wǎng)是企業(yè)內(nèi)網(wǎng)面向人與人、人與機器之間連接層級的網(wǎng)絡(luò)，主要用于企業(yè)員工訪問內(nèi)部辦公系統(tǒng)、日常辦公、互聯(lián)網(wǎng)訪問等業(yè)務(wù)。辦公網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)需求較低，在規(guī)劃時應(yīng)注重經(jīng)濟型、穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常將與企業(yè)生產(chǎn)運營相關(guān)的輔助系統(tǒng)類設(shè)備，包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、邊界安防系統(tǒng)、消防報警等設(shè)備歸入安防網(wǎng)。安防網(wǎng)匯聚了企業(yè)內(nèi)部的輔助類系統(tǒng)，設(shè)備數(shù)量多、設(shè)備類型雜，對網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)容量有較高的需求。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)子網(wǎng)劃分的一般步驟包括以下幾個方面。①確定網(wǎng)絡(luò)需求確定網(wǎng)絡(luò)的需求包括主機數(shù)量、子網(wǎng)數(shù)量、跨子網(wǎng)通信需求等。這些要素將決定劃分子網(wǎng)所需的IP地址范圍及子網(wǎng)掩碼。②分配IP地址范圍根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，為劃分的每個子網(wǎng)分配一個IP地址范圍。確保每個子網(wǎng)有足夠的IP地址來滿足其主機數(shù)量和需求。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)③選擇子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼用于確定IP地址中網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分的邊界。選擇適當?shù)淖泳W(wǎng)掩碼是子網(wǎng)劃分中的關(guān)鍵步驟，子網(wǎng)掩碼的位數(shù)決定了網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分的劃分。④規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓撲根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)拓撲規(guī)劃，劃分子網(wǎng)并決定每個子網(wǎng)的關(guān)聯(lián)設(shè)備和子網(wǎng)間的連接方式，包括考慮物理布局、路由器和交換機的配置等因素。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)⑤配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲規(guī)劃，配置路由器、交換機或防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。相關(guān)設(shè)備需要設(shè)置相應(yīng)的IP地址和子網(wǎng)掩碼，以確保子網(wǎng)之間的通信和路由功能正常。⑥測試和驗證在實施子網(wǎng)劃分后，對網(wǎng)絡(luò)進行測試和驗證，確保子網(wǎng)之間的通信正常，并進行必要的故障排除。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要注意的是，子網(wǎng)劃分應(yīng)遵循IP地址規(guī)劃和子網(wǎng)掩碼分配的最佳實踐，以避免IP地址浪費和子網(wǎng)規(guī)模不合理的問題。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)需求的變化，還可以對子網(wǎng)劃分進行動態(tài)調(diào)整和擴展。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3.設(shè)備選型設(shè)備選型一般是根據(jù)接入設(shè)備數(shù)量、位置、接口類型、網(wǎng)絡(luò)性能、防護等級、網(wǎng)絡(luò)部署場景等因素，選擇適用的接口轉(zhuǎn)換設(shè)備、工業(yè)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)交換機、安全設(shè)備等，具體內(nèi)容如下。接口轉(zhuǎn)換設(shè)備，根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理接口類型、數(shù)量，對接口轉(zhuǎn)換設(shè)備進行選型。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)例如：一粉塵濃度較大的生產(chǎn)車間，有RS-485接口智能儀表40臺,需對車間中一臺有空余RJ45口的工控機上展示儀表數(shù)據(jù)，可選擇串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口的設(shè)備，設(shè)備需含有一路RS-485接口（接口可連接設(shè)備數(shù)量≥40）或兩路RS-485接口（每路接口可連接設(shè)備數(shù)量32），因此設(shè)備選型需含至少一個RJ-45接口，且設(shè)備需經(jīng)過粉塵防爆等級認證。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)例如：一粉塵濃度較大的生產(chǎn)車間，有RS-485接口智能儀表40臺,需對車間中一臺有空余RJ45口的工控機上展示儀表數(shù)據(jù)，可選擇串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口的設(shè)備，設(shè)備需含有一路RS-485接口（接口可連接設(shè)備數(shù)量≥40）或兩路RS-485接口（每路接口可連接設(shè)備數(shù)量32），因此設(shè)備選型需含至少一個RJ-45接口，且設(shè)備需經(jīng)過粉塵防爆等級認證。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工業(yè)交換機，根據(jù)當前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接設(shè)備數(shù)量、組網(wǎng)類型、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、傳輸介質(zhì)等因素，對工業(yè)交換機進行選型。主要考慮交換機物理接口（電口/光口）種類、數(shù)量及物理端口的網(wǎng)絡(luò)帶寬,以及在該節(jié)點位置是否需要網(wǎng)管型或非網(wǎng)管型，是否支持環(huán)網(wǎng)等要求來進行選型。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4.網(wǎng)絡(luò)拓撲在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星狀結(jié)構(gòu)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)4種。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)星狀結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以星型方式連接成網(wǎng)，星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點為中心，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都與中央節(jié)點直接相連，中央節(jié)點對各設(shè)備間的通信和信息交換進行集中控制和管理。該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)形式簡單，容易管理維護，配置簡單；便于建網(wǎng)及故障檢測等優(yōu)點，但該結(jié)構(gòu)可靠性較低。對于中小型工業(yè)企業(yè)，該結(jié)構(gòu)在辦公網(wǎng)、安防網(wǎng)和生產(chǎn)網(wǎng)都有應(yīng)用。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)中若干節(jié)點，通過點到點的鏈路首尾相連形成一個閉合的環(huán)。該結(jié)構(gòu)典型優(yōu)點是容錯性好，即使環(huán)型網(wǎng)絡(luò)從任何一個地方斷開，該網(wǎng)絡(luò)還是在正常工作狀態(tài)；缺點是配置、管理、維護較為復雜。對于中小型工業(yè)企業(yè)，該結(jié)構(gòu)形式經(jīng)常用于對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定要求較高的生產(chǎn)網(wǎng)。任務(wù)1規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)是指所有接入設(shè)備均掛在一條總線上的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，可擴充性好的優(yōu)點；但存在如果總線上某一個節(jié)點出現(xiàn)問題，可能會影響整個總線上的其他設(shè)備的缺點。對于中小型工業(yè)企業(yè)，終端設(shè)備層的工業(yè)總線即為該結(jié)構(gòu)。任務(wù)1