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工业以太网安全性初探

EtherCATroger 发表了文章 • 0 个评论 • 7 次浏览 • 5 天前 • 来自相关话题

1.简介工业以太网及存在的安全问题

企业信息化网络可分为三个层次。从下到上依次为现场设备层、过程监控层和信息管理层。最上层的是企业信息管理网络,它主要用于企业的生产调度,财务、人事以及企业的经营管理等方面信息的传输;中间的过程网络主要用于将的现场信息置入实时数据库,实现现场数据的存储、管理、查询的等基本的功能;底层的现场设备层网络则主要用于控制系统中大量现场设备之间测量一与控制信息的传输。其中底层现场设备对通信响应的实时性和确定性要求较高,因此目前现场设备网络主要由现场总线低速网段组成。

传统工业控制网络由于其技术陈旧及其三协议不统一,导致不便于通讯的特点,在许多场合已经不能满足现实的需要。同时由于以太网技术在民用领域的广泛应用,己经在过程控制领域中上层的信息管理与通信中得到大规模的应用,并且效果良好,现在有逐步进入底层现场设备的趋势.

相对于传统的专有网,工业以太网的开放性给它带来了一些数据安全方面的问题。这其中包括自身稳定性,协议的漏洞造成的资料保密性等问题以及实时工业控制中的时效性的问题。

工业以太网中突出的安全问题主要在两个环节,第一是数据在传递中的安全问题,第二以太网病毒带来的网络拥塞。

2.数据在传递中的安全问题

如何防止数据在传递途中的窃取,在传统的以太网络中我们预防数据在传递途中被窃取常常采用防火墙技术,加密技术、入侵检测技术和入侵防御技术来实现。

(1)防火墙技术由于技术比较成熟,被广泛地应用在网络安全的控制中。防火墙的采用可以有效地进行数据包的过滤,屏蔽有害攻击对下一级网络的影响。工业以太网的三层结构,将控制层和管理层连接起来,上下网段使用相同的协议,需要用两级防火墙隔开。使用一层防火墙防止来自外部的非法访问,第二级的防火墙用于屏蔽内部网络的非法访问和分配不同权限。

(2)在工业以太网的应用中可以采用加密的方式来防止关键信息被窃取。由于工业控制的实效性要求往往要注意加密算法的安全性和计算复杂性的平衡。加密对象的选择上往往是对控制信息进行加密。加密通常在传输层进行实现。加密技术上我们通常采用端到端的加密方法。加密中采用单钥系统还是双钥系统要根据系统的实际情况来确定,前者的安全性相对较差,但效率较高;后者的安全性相对较好,但效率相对较低。我们需要根据系统实际的硬件条件选择合适的系统。同样道理加密算法的选择也需要根据硬件的实际条件加以选择。

(3)入侵检测技术与入侵防御技术,由于三层统一采用以太网架构,使得联入因特网传输数据成为可能,同时由于国际互联网的脆弱性,必须要对网络攻击加以防范,除了上面提到的防火墙外还要有一定的预防机制,还必须提到入侵检侧和入侵防御机制。因为网络环境中,大量的数据记录的产生使得人工分析数据检测和预防入侵变得不可行。必须借助入侵检测和入侵防御工具完成。对攻击进行追踪分析,数据包的进行实时监控。

此外,全面的安全还需要由等级用户认证来实现,从最常见的数字认证文件来实现对数据控制权的管理,到用户密码机制到硬件钥匙认证,这些都能够使得数据得到安全的保护。

3.处理和预防病毒,恶意程序带来的网络拥塞

工业以太网用于控制领域,对实时性要求比较高。但由于以太网全双工通信方式,CSMA/CD机制本身的限制和TCP/IP协议开放性的特点。病毒破坏计算机,阻塞网络成为必须要突出考虑的网络安全问题。现阶段由于工业以太网尚未大规模普及,针对工业以太网的病毒尚未出现,但是普通病毒带来的问题同样不能忽视。如蠕虫病毒对PC的攻击,会占用了大量的系统资源导致控制pc不能流畅运行,影响到控制命令的传输。各种木马病毒能窃取pc控制机的管理权限,对其远程控制,共危害性更为严重。某些邮件病毒,不断地向网内外的其它主机发包,占据了网络通道,会使正常命令无法传输。
对于病毒和恶意程序带来的危害,除了通过传统的防杀毒工具外,还需加强相关监控管理,当大规模的不正常数据包传送时,能自动控制该计算机端口。由此可以尝试采用目前较为流行的IDS和IPS系统进行数据的监控和管理。

(1)IDS是Intrusion Detection System的缩写,即入侵检测系统,主要用于检测病毒和网络异常通信,以便网络管理员采取相应措施。IDS入侵检测系统能够察觉黑客的入侵行为并且进行记录和处理。由于当病毒爆发时,会占用大量的工业以太网络带宽,使任务实时性执行出现问题,IDS入侵检测系统能够及时检测出这种非法的占用,记录下病毒发出的连接,向上层管理计算机发出警告,同时它不影响整体网络的运行性能,非常适合工业以太网的网络特点。

(2)IPS设各串接于路由器与防火墙,利用IPS能够快速终结DoS与DDoS,未知的蠕虫、异常应用程序流量攻击所造成的网络阻塞,实现对工业以太网的防护,同时它能保护防火墙和核心交换机等网络设备免遭入侵和攻击。IPS会在此类网络玫击扩散到网络的其它地方之前阻止这个恶意的通信,在网络中起到防御的作用。

具体实现方式是IPS将检查入网的数据包,确定这种数据包的真正用途,然后决定是否允许这种数据包进入你的网络。这种技术从源头控制了对工业以太网的恶意攻击。

4.结语

工业以太网由于其成木上的优势和良好的开放性和广泛性,正慢慢进入生产领域。做为当前工业控制领域的热点方向,它吸引了大量的少商介入其领域,但是其特有的性质使其容易受到网络安全的影响,从而制约其发展。相信随着研究的深入,工业以太网应用中的安全问题将逐步得到解决。 查看全部
1.简介工业以太网及存在的安全问题

企业信息化网络可分为三个层次。从下到上依次为现场设备层、过程监控层和信息管理层。最上层的是企业信息管理网络,它主要用于企业的生产调度,财务、人事以及企业的经营管理等方面信息的传输;中间的过程网络主要用于将的现场信息置入实时数据库,实现现场数据的存储、管理、查询的等基本的功能;底层的现场设备层网络则主要用于控制系统中大量现场设备之间测量一与控制信息的传输。其中底层现场设备对通信响应的实时性和确定性要求较高,因此目前现场设备网络主要由现场总线低速网段组成。

传统工业控制网络由于其技术陈旧及其三协议不统一,导致不便于通讯的特点,在许多场合已经不能满足现实的需要。同时由于以太网技术在民用领域的广泛应用,己经在过程控制领域中上层的信息管理与通信中得到大规模的应用,并且效果良好,现在有逐步进入底层现场设备的趋势.

相对于传统的专有网,工业以太网的开放性给它带来了一些数据安全方面的问题。这其中包括自身稳定性,协议的漏洞造成的资料保密性等问题以及实时工业控制中的时效性的问题。

工业以太网中突出的安全问题主要在两个环节,第一是数据在传递中的安全问题,第二以太网病毒带来的网络拥塞。

2.数据在传递中的安全问题

如何防止数据在传递途中的窃取,在传统的以太网络中我们预防数据在传递途中被窃取常常采用防火墙技术,加密技术、入侵检测技术和入侵防御技术来实现。

(1)防火墙技术由于技术比较成熟,被广泛地应用在网络安全的控制中。防火墙的采用可以有效地进行数据包的过滤,屏蔽有害攻击对下一级网络的影响。工业以太网的三层结构,将控制层和管理层连接起来,上下网段使用相同的协议,需要用两级防火墙隔开。使用一层防火墙防止来自外部的非法访问,第二级的防火墙用于屏蔽内部网络的非法访问和分配不同权限。

(2)在工业以太网的应用中可以采用加密的方式来防止关键信息被窃取。由于工业控制的实效性要求往往要注意加密算法的安全性和计算复杂性的平衡。加密对象的选择上往往是对控制信息进行加密。加密通常在传输层进行实现。加密技术上我们通常采用端到端的加密方法。加密中采用单钥系统还是双钥系统要根据系统的实际情况来确定,前者的安全性相对较差,但效率较高;后者的安全性相对较好,但效率相对较低。我们需要根据系统实际的硬件条件选择合适的系统。同样道理加密算法的选择也需要根据硬件的实际条件加以选择。

(3)入侵检测技术与入侵防御技术,由于三层统一采用以太网架构,使得联入因特网传输数据成为可能,同时由于国际互联网的脆弱性,必须要对网络攻击加以防范,除了上面提到的防火墙外还要有一定的预防机制,还必须提到入侵检侧和入侵防御机制。因为网络环境中,大量的数据记录的产生使得人工分析数据检测和预防入侵变得不可行。必须借助入侵检测和入侵防御工具完成。对攻击进行追踪分析,数据包的进行实时监控。

此外,全面的安全还需要由等级用户认证来实现,从最常见的数字认证文件来实现对数据控制权的管理,到用户密码机制到硬件钥匙认证,这些都能够使得数据得到安全的保护。

3.处理和预防病毒,恶意程序带来的网络拥塞

工业以太网用于控制领域,对实时性要求比较高。但由于以太网全双工通信方式,CSMA/CD机制本身的限制和TCP/IP协议开放性的特点。病毒破坏计算机,阻塞网络成为必须要突出考虑的网络安全问题。现阶段由于工业以太网尚未大规模普及,针对工业以太网的病毒尚未出现,但是普通病毒带来的问题同样不能忽视。如蠕虫病毒对PC的攻击,会占用了大量的系统资源导致控制pc不能流畅运行,影响到控制命令的传输。各种木马病毒能窃取pc控制机的管理权限,对其远程控制,共危害性更为严重。某些邮件病毒,不断地向网内外的其它主机发包,占据了网络通道,会使正常命令无法传输。
对于病毒和恶意程序带来的危害,除了通过传统的防杀毒工具外,还需加强相关监控管理,当大规模的不正常数据包传送时,能自动控制该计算机端口。由此可以尝试采用目前较为流行的IDS和IPS系统进行数据的监控和管理。

(1)IDS是Intrusion Detection System的缩写,即入侵检测系统,主要用于检测病毒和网络异常通信,以便网络管理员采取相应措施。IDS入侵检测系统能够察觉黑客的入侵行为并且进行记录和处理。由于当病毒爆发时,会占用大量的工业以太网络带宽,使任务实时性执行出现问题,IDS入侵检测系统能够及时检测出这种非法的占用,记录下病毒发出的连接,向上层管理计算机发出警告,同时它不影响整体网络的运行性能,非常适合工业以太网的网络特点。

(2)IPS设各串接于路由器与防火墙,利用IPS能够快速终结DoS与DDoS,未知的蠕虫、异常应用程序流量攻击所造成的网络阻塞,实现对工业以太网的防护,同时它能保护防火墙和核心交换机等网络设备免遭入侵和攻击。IPS会在此类网络玫击扩散到网络的其它地方之前阻止这个恶意的通信,在网络中起到防御的作用。

具体实现方式是IPS将检查入网的数据包,确定这种数据包的真正用途,然后决定是否允许这种数据包进入你的网络。这种技术从源头控制了对工业以太网的恶意攻击。

4.结语

工业以太网由于其成木上的优势和良好的开放性和广泛性,正慢慢进入生产领域。做为当前工业控制领域的热点方向,它吸引了大量的少商介入其领域,但是其特有的性质使其容易受到网络安全的影响,从而制约其发展。相信随着研究的深入,工业以太网应用中的安全问题将逐步得到解决。

以太网在工业控制中的应用综述

EtherCATroger 发表了文章 • 0 个评论 • 11 次浏览 • 6 天前 • 来自相关话题

    1、引言

    在工业生产中,随着生产规模的扩大和复杂程度的提高,实际应用对控制系统的要求越来越高。在20世纪50~60年代,以模拟信号为主的电子装置和自动化仪表组成的监控系统取代传统的机电控制系统。随后是在70~80年代,集散控制系统DCS(Distributed Control System)的出现,把大量分散的单回路测控系统通过计算机进行集中统一管理,用各种I/O功能模块代替控制室仪表,利用计算机实现回路调节、工况联锁、参数显示、数据存储等多种功能,从而实现了工业控制技术的飞跃。
    
    DCS一般由操作站级、过程控制级和现场仪表三级组成,其特点是“集中管理,分散控制”,基本控制功能在过程控制级中,工作站级的主要作用是监督管理。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到较低的程度,且各种软硬件技术不断走向成熟,极大地提高了整个系统的可靠性,因而迅速成为工业自动控制系统的主流。但DCS的结构是多级主从关系,底层相互间进行信息传递必须经过主机,从而造成主机负荷过重,效率低下,并且主机一旦发生故障,整个系统就会“瘫痪”。而且DCS是一种数字—模拟混合系统,现场仪表仍然使用传统的4~20mA模拟信号,工程与管理成本高,柔性差。此外各制造商的DCS自成标准,通讯协议封闭,极大的制约了系统的集成与应用。
    
    进入90年代,具有数字化的通信方式、全分散的系统结构、开放的互联网络、多种传输媒介和拓扑结构、高度的环境适应性等特点的现场总线(Fieldbus)技术迅速崛起并趋向成熟,控制功能全面转入现场智能仪表,而在此基础上形成的新的现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段,从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性,构成一种全分散、全数字化、智能化、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。相应的控制网络结构也发生了较大的变化。FCS的典型结构分为设备层、控制层和信息层。采用了现场总线技术使控制功能下放到现场设备成为可能,现场总线标准不仅是通信标准,同时也是系统标准。FCS正在走向取代DCS并推动着工业控制技术的又一次飞跃。
    
    2、现场总线应用中的问题

    2.1 标准问题

    现场总线控制系统在实际应用中还存在一些问题有待解决,其中最突出的问题就是缺少统一的标准。2000年初IEC公布的IEC61158国际标准,产生了H1(FF)、ControlNet、Profibus、P-Net、HSE(FF)、SwiftNet、WorldFIP、Interbus等8种IEC现场总线国际标准子集。IEC现场总线国际标准制定的结局表明,在相当长的一段时期内,将出现多种现场总线并存的局面,并导致控制网段的系统集成与信息集成面临困难。无论是最终用户还是工程集成商也包括制造商,都在寻求高性能、低成本的解决方案。8种类型的现场总线采用不同的通信协议,要实现这些总线的相互兼容和互操作几乎是不可能的。每种现场总线都有自己最合适的应用领域,如何在实际中根据应用对象,将不同层次的现场总线组合使用,使系统的各部分都选择最合适的现场总线,对用户来说,仍然是比较棘手的问题。
    
    2.2 系统的集成问题

    在实际应用中,一个大的系统很可能采用多种的现场总线,特别是中国那些高速成长的终端用户,在企业的不同发展阶段和国际范围的跨国制造装备采购几乎不可能统一技术前沿的现场总线。如何把企业的工业控制网络与管理层的数据网络进行无缝地集成,从而使整个企业实现管控一体化,显得十分关键。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时要仔细考虑功能块的选择,使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
    
    2.3 存在技术瓶颈

    现场总线在应用中还存在一些技术瓶颈问题,主要表现在以下几个方面。

    (1) 当总线电缆断开时,整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点目前许多现场总线不能保证。

    (2) 本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省电缆优点的发挥。

    (3) 系统组态参数过分复杂。现场总线的组态参数很多,不容易掌握,但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。

    因此,采用一种统一的现场总线标准对于现场总线技术的发展具有特别重要的意义。为了加快新一代控制系统的发展与应用,各大厂商纷纷寻找其他途径以求解决扩展性和兼容性的问题,业内人士把目光转移到了在商用局域网中大获成功的具有结构简单、成本低廉、易于安装、传输速度高、功耗低、软硬件资源丰富、兼容性好、灵活性高、易于与Internet集成、支持几乎所有流行的网络协议的以太网技术。
    
    3、以太网与TCP/IP

    以太网(Ethernet)最早来源于Xerox公司于1973年建造的网络系统,是一种总线式局域网,以基带同轴电缆作为传输介质,采用CSMA/CD协议。Xerox公司建造的以太网非常成功,1980年Xerox、DEC和Intel公司联合起草了以太网标准。1985年,IEEE802委员会吸收以太网为IEEE802.3标准,并对其进行了修改。以太网标准和IEEE802.3标准的主要区别是以太网标准只描述了使用50欧同轴电缆、数据传输率为10Mbps的总线局域网,而且以太网标准包括ISO数据链路层和物理层的全部内容;而IEEE802.3标准描述了运行在各种介质上的、数据传输率从1Mbps~10Mbps的所有采用CSMA/CD协议的局域网,而且IEEE802.3标准只定义了ISO参考模型中的数据链路层的一个子层(即介质访问控制MAC子层)和物理层,而数据链路层的逻辑链路控制LLC子层由IEEE802.2描述。该规范规定采用载波侦听多路访问/冲突(碰撞)检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect),信号以10Mbps速率在同轴电缆上传输。
    
    按照ISO的OSI七层结构,以太网标准只定义了数据链路层和物理层,作为一个完整的通信系统。以太网在成为数据链路和物理层的协议之后,就与TCP/IP紧密地捆绑在一起了。由于后来国际互连网采用了以太网和TCP/IP协议,人们甚至把如超文本连接HTTP等TCP/IP协议组放在一起,称为以太网技术; TCP/IP的简单实用已为广大用户所接受,不仅在办公自动化领域内,而且在各个企业的管理网络、监控层网络也都广泛使用以太网技术,并开始向现场设备层网络延伸。如今,TCP/IP协议成为最流行的网际互联协议,并由单纯的TCP/IP协议发展成为一系列以IP为基础的TCP/IP协议簇。
    
    在TCP协议中,网络层的核心协议是IP(Internet Protocol),同时还提供ARP(Address Resolution Protocol)、RARP(Reverse Address Resolution Protocol)、ICMP(Internet Control Messages Protocol)等协议。该层的主要功能包括处理来自传输层的分组发送请求(即组装IP数据报并发往网络接口)、处理输入数据报、转发数据报或从数据报中抽取分组、处理差错与控制报文(包括处理路由、流量控制、拥塞控制等)。
    
    传输层的功能是提供应用程序间(端到端)的通信服务,它提供用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)和传输控制协议TCP(Transfer Control Protocol)两个协议。UDP负责提供高效率的服务,用于传送少量的报文,几乎不提供可靠性措施,使用UDP的应用程序需自己完成可靠性操作;TCP负责提供高可靠的数据传送服务,主要用于传送大量报文,并保证数据传输的可靠性。
    
    以太网支持的传输介质为粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线、光纤等,其最大优点是简单,经济实用,易为人们所掌握,所以深受广大用户欢迎。与现场总线相比,以太网具有以下几个方面的优点:
    
    (1) 兼容性好,有广泛的技术支持

    基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络,适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作的问题,不同厂商的设备很容易互联,能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成。以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术,受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持以太网的应用开发,如VB、Java、VC等。采用以太网作为现场总线,可以保证多种开发工具、开发环境供选择。工业控制网络采用以太网,就可以避免其发展游离于计算机网络技术的发展主流之外,从而使工业控制网络与信息网络技术互相促进,共同发展,并保证技术上的可持续发展。
    
    (2) 易于与Internet连接

    以太网支持几乎所有流行的网络协议,能够在任何地方通过Internet对企业进行监控,能便捷地访问远程系统,共享/访问多数据库。
    
    (3) 成本低廉

    采用以太网能降低成本,包括技术人员的培训费用、维护费用及初期投资。由于以太网的应用最为广泛,因此受到硬件开发与生产厂商的广泛支持,具有丰富的软硬件资源,有多种硬件产品供用户选择,硬件价格也相对低廉。目前以太网网卡的价格只有现场总线的十几分之一,并且随着集成电路技术的发展,其价格还会进一步下降。人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验,对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发和培训费用,在技术升级方面无需单独的研究投入,从而可以显著降低系统的整体成本,并大大加快系统的开发和推广速度。
    
    (4)可持续发展潜力大

    由于以太网的广泛应用,使它的发展一直受到广泛的重视和吸引大量的技术投入。并且,在信息瞬息万变的时代,企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,也更加成熟,保证了以太网技术的持续发展。
    
    (5) 通信速率高

    目前以太网的通信速率为10M或100M,1000M、10G的快速以太网也开始应用,以太网技术也逐渐成熟,其速率比目前的现场总线快得多,以太网可以满足对带宽的更高要求。
    
    4、以太网应用于控制时存在的问题

    但是传统的以太网是一种商用网络,要应用到工业控制中还存在一些问题,主要有以下几个方面。
    
    (1) 存在实时性差,不确定性的问题

    传统的以太网采用了CSMA/CD的介质访问控制机制,各个节点采用BEB(Binary Exponential Back-off)算法处理冲突,具有排队延迟不确定的缺陷,每个网络节点要通过竞争来取得信息包的发送权。通信时节点监听信道,只有发现信道空闲时,才能发送信息;如果信道忙碌则需要等待。信息开始发送后,还需要检查是否发生碰撞,信息如发生碰撞,需退出重发,因此无法保证确定的排队延迟和通信响应确定性,不能满足工业过程控制在实时性上的要求,甚至在通信繁忙时,还存在信息丢失的危险,从而限制了它在工业控制中的应用。
    
    (2) 工业可靠性问题

    以太网是以办公自动化为目标设计的,并没有考虑工业现场环境的适应性需要,如超高或超低的工作温度,大电机或其他大功率设备产生的影响信道传输特性的强电磁噪声等。以太网如在车间底层应用,必须要解决可靠性的问题。

    (3) 以太网不提供电源,必须有额外的供电电缆

    工业现场控制网络不仅能传输通信信息,而且要能够为现场设备传输工作供给电源。这主要是从线缆铺设和维护方便考虑,同时总线供电还能减少线缆,降低布线成本。
(4) 以太网不是本质安全系统
    
    (5) 安全性问题    以太网由于使用了TCP/IP协议,因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。没有授权的用户可能进入网络的控制层或管理层,造成安全漏洞。对此,一般可采用用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理,但针对工业自动化控制网络安全问题的解决方案还需要认真研究。
    
    (6) 现存的控制网络与新建以太控制网络的集成问题

    上述这些问题中,实时性、确定性及可靠性问题是长期阻碍以太网进入工业控制领域的主要障碍。为了解决这一问题,人们提出了工业以太网的解决办法。
    
    5、工业以太网

    一般来讲,工业以太网是专门为工业应用环境设计的标准以太网。工业以太网在技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容,工业以太网和标准以太网的异同可以比之与工业控制计算机和商用计算机的异同。以太网要满足工业现场的需要,需达到以下几个方面的要求。

    (1) 适应性

    包括机械特性(耐振动、耐冲击)、环境特性(工作温度要求为-40~+85℃,并耐腐蚀、防尘、防水)、电磁环境适应性或电磁兼容性EMC应符合EN50081-2、EN50082-2标准。

    (2) 可靠性

    由于工业控制现场环境恶劣,对工业以太网产品的可靠性也提出了更高的要求。

    (3) 本质安全与安全防爆技术

    对应用于存在易燃、易爆与有毒等气体的工业现场的智能装备以及通信设备,都必须采取一定的防爆措施来保证工业现场的安全生产。现场设备的防爆技术包括隔爆型(如增安、气密、浇封等)和本质安全型两类。与隔爆型技术相比,本质安全技术采取抑制点火源能量作为防爆手段,可以带来以下技术和经济上的优点:结构简单、体积小、重量轻、造价低;可在带电情况下进行维护和更换;安全可靠性高;适用范围广。实现本质安全的关键技术为低功耗技术和本安防爆技术。由于目前以太网收发器本身的功耗都比较大,一般都在六七十mA(5V工作电源),因此低功耗的现场设备(如工业现场以太网交换机、传输媒体以及基于以太网的变送器和执行机构等)设计难以实现。因此,在目前的技术条件下,对以太网系统采用隔爆防爆的措施比较可行。另一方面,对于没有严格的本安要求的非危险场合,则可以不考虑复杂的防爆措施。

    (4) 安装方便,适应工业环境的安装要求,如采用DIN导轨安装。
    
    6、提高以太网实用性的方法

    随着相关技术的发展,以太网的发展也取得了本质的飞跃,再借助于相关技术,可以从总体上提高以太网应用于工业控制中的实用性。
    
    6.1 采用交换技术

    传统以太网采用共享式集线器,其结构和功能仅仅是一种多端口物理层中继器,连接到共享式集线器上的所有站点共享一个带宽,遵循CSMA/CD协议进行发送和接收数据。而交换式集线器可以认为是一个受控的多端口开关矩阵,各个端口之间的信息流是隔离的,在源端和交换设备的目标端之间提供了一个直接快速的点到点连接。不同端口可以形成多个数据通道,端口之间的数据输入和输出不再受CSMA/CD的约束。随着现代交换机技术的发展,交换机端口内部之间的传输速率比整个设备层以太网端口间的传输速率之和还要大,因而减少以太网的冲突率,并为冲突数据提供缓存。当然交换机的工作方式必须是存储转发方式,这样在系统中只有点对点的连接,不会出现碰撞。多个交换把整个以太网分解成许多独立的区域,以太网的数据冲突只在各自的冲突域里存在,不同域之间没有冲突,可以大大提高网络上每个站点的带宽,从而提高了交换式以太网的网络性能和确定性。
    
    交换式以太网没有更改原有的以太网协议,可直接使用普通的以太网卡,大大降低了组网的成本,并从根本上解决了以太网通信传输延迟存在不确定性的问题。研究表明,通信负荷在10%以下时,以太网因碰撞而引起的传输延迟几乎可以忽略不计。在工业控制网络中,传输的信息多为周期性测量和控制数据,报文小,信息量少,传输的信息长度较小。这些信息包括生产装置运行参数的测量值、控制量、开关与阀门的工作位置、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数修改、零点与量程调校信息等。其长度一般都比较小,通常仅为几位到几十个字节,对网络传输的吞吐量要求不高。研究表明,在拥有6000个I/O的典型工业控制系统中,通信负荷为10M以太网的5%左右,即使有操作员信息传输(如设定值的改变,用户应用程序的下载等),10M以太网的负荷也完全可以保持在10%以下。
    
    6.2 采用高速以太网

    随着网络技术的迅速发展,先后产生了高速以太网(100M)和千兆以太网产品和国际标准,10G以太网产品也已经面世。通过提高通信速度,结合交换技术,可以大大提高通信网络的整体性能。
    
    6.3 采用全双工通信模式

    交换式以太网中一个端口是一个冲突域,在半双工情况下仍不能同时发送和接收数据。如果采用全双工模式,同一条数据链路中两个站点可以在发送数据的同时接收数据,解决了这种情况下半双工存在的需要等待的问题,理论上可以使传输速率提高一倍。全双工通信技术可以使设备端口间两对双绞线(或两根光纤)上同时接收和发送报文帧,从而也不再受到CSMA/CD的约束,这样,任一节点发送报文帧时不会再发生碰撞,冲突域也就不复存在。对于紧急事务信息,则可以根据IEEE802.3p&q,应用报文优先级技术,使优先级高的报文先进入排队系统先接受服务。通过这种优先级排序,使工业现场中的紧急事务信息能够及时成功地传送到中央控制系统,以便得到及时处理。
    
    6.4 采用虚拟局域网技术

    虚拟局域网(VLAN)的出现打破了传统网络的许多固有观念,使网络结构更灵活、方便。实际上,VLAN就是一个广播域,不受地理位置的限制,可以根据部门职能、对象组和应用等因素将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。局域网交换机的每一个端口只能标记一个VLAN,同一个VLAN中的所有站点拥有一个广播域,不同VLAN之间广播信息是相互隔离的,这样就避免了广播风暴的产生。工业过程控制中控制层单元在数据传输实时性和安全性方面都要与普通单元区分开来,使用虚拟局域网在工业以太网的开放平台上做逻辑分割,将不同的功能层、不同的部门区分开,从而达到提高网络的整体安全性和简化网络管理的目的。通常虚拟局域网的划分方式有静态端口分配、动态虚拟网和多虚拟网端口配置三种。静态端口分配指的是网络管理人员利用网管软件或设备交换机的端口,使其直接从属某个虚拟网,这些端口将保持这样的从属性,除非网管人员重新设置;动态虚拟网指的是支持动态虚拟网的端口可以借助智能管理软件自动确定它们的从属;多虚拟网端口配置支持一个用户或一个端口同时访问多个虚拟网,这样可以将一台控制层计算机配置成多个部门可以同时访问,也可以同时访问多个虚拟网的资源。
    
    6.5 引入质量服务(QoS)

    IP QoS是指IP的服务质量(quality of service),亦即IP数据流通过网络时的性能,它的目的是向用户提供端到端的服务质量保证。QoS有一套度量指标,包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率等。QoS网络可以区分实时-非实时数据,在工业以太网中采用QoS技术,可以识别来自控制层的拥有较高优先级的数据,并对它们优先处理,在响应延迟、传输延迟、吞吐量、可靠性、传输失败率、优先级等方面,使工业以太网满足工业自动化实时控制要求。另外,QoS网络还可以制止对网络的非法使用,譬如非法访问控制层现场控制单元和监控单元的终端等。
    
    此外,还出现了受大公司支持的工业以太网应用标准及相关协议的改进。将工业以太网引入底层网络,不仅使现场层、控制层和管理层在垂直层面上方便集成,更能降低不同厂家设备在水平层面上的集成成本,以太网向底层网络的延伸是必然的,因此著名厂商纷纷支持工业以太网并制订了不同的工业应用标准。如 Rockwell、OMRON等公司支持Ethernet/IP,IP是指工业协议,它提供Producer/Consumer模型,将ControlNet和Devicenet的控制和信息协议的应用层移植到TCP。FF制定的高速以太网协议HSE提供了发布方/定购方、对象等模型,主要用于工程控制领域,受到了Foxboro、Honeywell等一些大公司的支持。 由Schneider公司发布的Modbus/TCP协议将Modbus协议捆绑在TCP协议上,易于实施,能够实现互联。
    
    为了提高实时性,以太网协议也作了一些改进。一种完全基于软件的协议RETHER(Real Time Ethernet)可以在不改变以太网现有硬件的情况下确保实时性,它采用一种混合操作模式,能减少对网络中非实时数据传输性能的影响;非竞争的容许控制机制和有效的令牌传递方案能防止由于节点故障而引起的令牌丢失。遵守RETHER协议的网络以CSMA和RETHER两种模式运行。在实时对话期间,网络将透明地转换到RETHER模式,实时对话结束后又重新回到CSMA模式。还有一种以太网协议叫RTCC(Real Time Communication Control),为分布式实时应用提供了良好的基础。RTCC是加在Ethernet之上的一层协议,能提供高速、可靠、实时的通信。它不需要改变现有的硬件设备,采用命令/响应多路传输和总线表两种新颖的机制来分配信道。所有节点在RTCC协议中被分为总线控制器(BC)和远程终端(RT)两类,BC只有一个,其余都是RT。信息发送的发起和管理都由BC承担,访问仲裁过程和传输控制过程都是由BC来实现的,通过两个过程的集成与同步,不仅节点的发送时间是确定的,而且节点使用总线的时间也可控。在10Mbps以太网上的实验表明,RTCC有令人满意的确定性。第三种改进实时性的方法是流量平衡,即在UDP或TCP/IP与Ethernet MAC之间加一个流量平衡器。作为它们之间的接口,它被安装在每一个网络节点上。在本地节点,它给予实时数据包以优先权来消除实时信息与非实时信息的竞争,同时平衡非实时信息,以减少与其他节点实时信息之间的冲突。为了保证非实时信息的吞吐量,流量平衡器还能根据网络的负载情况调整数据流产生率。这种方法不需要对现有的标准Ethernet MAC协议和TCP或UDP/IP作任何改动。
    
    因此,针对以太网排队延迟的不确定性,通过采用适当的流量控制、交换技术、全双工通信技术、信息优先级等来提高实时性,并改进了容错技术、系统设计技术以及冗余结构,以太网完全能用于工业控制网络。事实上,20世纪90年代中后期,国内外各大工控公司纷纷在其控制系统中采用以太网,推出了基于以太网的DCS、PLC、数据采集器,以及基于以太网的现场仪表、显示仪表等产品。
    
    随着网络和信息技术的日趋成熟,在工业通信和自动化系统中采用以太网和TCP/IP协议作为最主要的通信接口和手段,向网络化、标准化、开放性方向发展将是各种控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用最广泛、成长最快的局域网技术,在工业自动化和过程控制领域得到了超乎寻常的发展。同时,基于IP的全程一体化寻址,为工业生产提供的标准、共享、高速的信息化通道解决方案,也必将对控制系统产生深远的影响。 查看全部

    1、引言

    在工业生产中,随着生产规模的扩大和复杂程度的提高,实际应用对控制系统的要求越来越高。在20世纪50~60年代,以模拟信号为主的电子装置和自动化仪表组成的监控系统取代传统的机电控制系统。随后是在70~80年代,集散控制系统DCS(Distributed Control System)的出现,把大量分散的单回路测控系统通过计算机进行集中统一管理,用各种I/O功能模块代替控制室仪表,利用计算机实现回路调节、工况联锁、参数显示、数据存储等多种功能,从而实现了工业控制技术的飞跃。
    
    DCS一般由操作站级、过程控制级和现场仪表三级组成,其特点是“集中管理,分散控制”,基本控制功能在过程控制级中,工作站级的主要作用是监督管理。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到较低的程度,且各种软硬件技术不断走向成熟,极大地提高了整个系统的可靠性,因而迅速成为工业自动控制系统的主流。但DCS的结构是多级主从关系,底层相互间进行信息传递必须经过主机,从而造成主机负荷过重,效率低下,并且主机一旦发生故障,整个系统就会“瘫痪”。而且DCS是一种数字—模拟混合系统,现场仪表仍然使用传统的4~20mA模拟信号,工程与管理成本高,柔性差。此外各制造商的DCS自成标准,通讯协议封闭,极大的制约了系统的集成与应用。
    
    进入90年代,具有数字化的通信方式、全分散的系统结构、开放的互联网络、多种传输媒介和拓扑结构、高度的环境适应性等特点的现场总线(Fieldbus)技术迅速崛起并趋向成熟,控制功能全面转入现场智能仪表,而在此基础上形成的新的现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段,从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性,构成一种全分散、全数字化、智能化、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。相应的控制网络结构也发生了较大的变化。FCS的典型结构分为设备层、控制层和信息层。采用了现场总线技术使控制功能下放到现场设备成为可能,现场总线标准不仅是通信标准,同时也是系统标准。FCS正在走向取代DCS并推动着工业控制技术的又一次飞跃。
    
    2、现场总线应用中的问题

    2.1 标准问题

    现场总线控制系统在实际应用中还存在一些问题有待解决,其中最突出的问题就是缺少统一的标准。2000年初IEC公布的IEC61158国际标准,产生了H1(FF)、ControlNet、Profibus、P-Net、HSE(FF)、SwiftNet、WorldFIP、Interbus等8种IEC现场总线国际标准子集。IEC现场总线国际标准制定的结局表明,在相当长的一段时期内,将出现多种现场总线并存的局面,并导致控制网段的系统集成与信息集成面临困难。无论是最终用户还是工程集成商也包括制造商,都在寻求高性能、低成本的解决方案。8种类型的现场总线采用不同的通信协议,要实现这些总线的相互兼容和互操作几乎是不可能的。每种现场总线都有自己最合适的应用领域,如何在实际中根据应用对象,将不同层次的现场总线组合使用,使系统的各部分都选择最合适的现场总线,对用户来说,仍然是比较棘手的问题。
    
    2.2 系统的集成问题

    在实际应用中,一个大的系统很可能采用多种的现场总线,特别是中国那些高速成长的终端用户,在企业的不同发展阶段和国际范围的跨国制造装备采购几乎不可能统一技术前沿的现场总线。如何把企业的工业控制网络与管理层的数据网络进行无缝地集成,从而使整个企业实现管控一体化,显得十分关键。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时要仔细考虑功能块的选择,使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
    
    2.3 存在技术瓶颈

    现场总线在应用中还存在一些技术瓶颈问题,主要表现在以下几个方面。

    (1) 当总线电缆断开时,整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点目前许多现场总线不能保证。

    (2) 本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省电缆优点的发挥。

    (3) 系统组态参数过分复杂。现场总线的组态参数很多,不容易掌握,但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。

    因此,采用一种统一的现场总线标准对于现场总线技术的发展具有特别重要的意义。为了加快新一代控制系统的发展与应用,各大厂商纷纷寻找其他途径以求解决扩展性和兼容性的问题,业内人士把目光转移到了在商用局域网中大获成功的具有结构简单、成本低廉、易于安装、传输速度高、功耗低、软硬件资源丰富、兼容性好、灵活性高、易于与Internet集成、支持几乎所有流行的网络协议的以太网技术。
    
    3、以太网与TCP/IP

    以太网(Ethernet)最早来源于Xerox公司于1973年建造的网络系统,是一种总线式局域网,以基带同轴电缆作为传输介质,采用CSMA/CD协议。Xerox公司建造的以太网非常成功,1980年Xerox、DEC和Intel公司联合起草了以太网标准。1985年,IEEE802委员会吸收以太网为IEEE802.3标准,并对其进行了修改。以太网标准和IEEE802.3标准的主要区别是以太网标准只描述了使用50欧同轴电缆、数据传输率为10Mbps的总线局域网,而且以太网标准包括ISO数据链路层和物理层的全部内容;而IEEE802.3标准描述了运行在各种介质上的、数据传输率从1Mbps~10Mbps的所有采用CSMA/CD协议的局域网,而且IEEE802.3标准只定义了ISO参考模型中的数据链路层的一个子层(即介质访问控制MAC子层)和物理层,而数据链路层的逻辑链路控制LLC子层由IEEE802.2描述。该规范规定采用载波侦听多路访问/冲突(碰撞)检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect),信号以10Mbps速率在同轴电缆上传输。
    
    按照ISO的OSI七层结构,以太网标准只定义了数据链路层和物理层,作为一个完整的通信系统。以太网在成为数据链路和物理层的协议之后,就与TCP/IP紧密地捆绑在一起了。由于后来国际互连网采用了以太网和TCP/IP协议,人们甚至把如超文本连接HTTP等TCP/IP协议组放在一起,称为以太网技术; TCP/IP的简单实用已为广大用户所接受,不仅在办公自动化领域内,而且在各个企业的管理网络、监控层网络也都广泛使用以太网技术,并开始向现场设备层网络延伸。如今,TCP/IP协议成为最流行的网际互联协议,并由单纯的TCP/IP协议发展成为一系列以IP为基础的TCP/IP协议簇。
    
    在TCP协议中,网络层的核心协议是IP(Internet Protocol),同时还提供ARP(Address Resolution Protocol)、RARP(Reverse Address Resolution Protocol)、ICMP(Internet Control Messages Protocol)等协议。该层的主要功能包括处理来自传输层的分组发送请求(即组装IP数据报并发往网络接口)、处理输入数据报、转发数据报或从数据报中抽取分组、处理差错与控制报文(包括处理路由、流量控制、拥塞控制等)。
    
    传输层的功能是提供应用程序间(端到端)的通信服务,它提供用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)和传输控制协议TCP(Transfer Control Protocol)两个协议。UDP负责提供高效率的服务,用于传送少量的报文,几乎不提供可靠性措施,使用UDP的应用程序需自己完成可靠性操作;TCP负责提供高可靠的数据传送服务,主要用于传送大量报文,并保证数据传输的可靠性。
    
    以太网支持的传输介质为粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线、光纤等,其最大优点是简单,经济实用,易为人们所掌握,所以深受广大用户欢迎。与现场总线相比,以太网具有以下几个方面的优点:
    
    (1) 兼容性好,有广泛的技术支持

    基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络,适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作的问题,不同厂商的设备很容易互联,能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成。以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术,受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持以太网的应用开发,如VB、Java、VC等。采用以太网作为现场总线,可以保证多种开发工具、开发环境供选择。工业控制网络采用以太网,就可以避免其发展游离于计算机网络技术的发展主流之外,从而使工业控制网络与信息网络技术互相促进,共同发展,并保证技术上的可持续发展。
    
    (2) 易于与Internet连接

    以太网支持几乎所有流行的网络协议,能够在任何地方通过Internet对企业进行监控,能便捷地访问远程系统,共享/访问多数据库。
    
    (3) 成本低廉

    采用以太网能降低成本,包括技术人员的培训费用、维护费用及初期投资。由于以太网的应用最为广泛,因此受到硬件开发与生产厂商的广泛支持,具有丰富的软硬件资源,有多种硬件产品供用户选择,硬件价格也相对低廉。目前以太网网卡的价格只有现场总线的十几分之一,并且随着集成电路技术的发展,其价格还会进一步下降。人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验,对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发和培训费用,在技术升级方面无需单独的研究投入,从而可以显著降低系统的整体成本,并大大加快系统的开发和推广速度。
    
    (4)可持续发展潜力大

    由于以太网的广泛应用,使它的发展一直受到广泛的重视和吸引大量的技术投入。并且,在信息瞬息万变的时代,企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,也更加成熟,保证了以太网技术的持续发展。
    
    (5) 通信速率高

    目前以太网的通信速率为10M或100M,1000M、10G的快速以太网也开始应用,以太网技术也逐渐成熟,其速率比目前的现场总线快得多,以太网可以满足对带宽的更高要求。
    
    4、以太网应用于控制时存在的问题

    但是传统的以太网是一种商用网络,要应用到工业控制中还存在一些问题,主要有以下几个方面。
    
    (1) 存在实时性差,不确定性的问题

    传统的以太网采用了CSMA/CD的介质访问控制机制,各个节点采用BEB(Binary Exponential Back-off)算法处理冲突,具有排队延迟不确定的缺陷,每个网络节点要通过竞争来取得信息包的发送权。通信时节点监听信道,只有发现信道空闲时,才能发送信息;如果信道忙碌则需要等待。信息开始发送后,还需要检查是否发生碰撞,信息如发生碰撞,需退出重发,因此无法保证确定的排队延迟和通信响应确定性,不能满足工业过程控制在实时性上的要求,甚至在通信繁忙时,还存在信息丢失的危险,从而限制了它在工业控制中的应用。
    
    (2) 工业可靠性问题

    以太网是以办公自动化为目标设计的,并没有考虑工业现场环境的适应性需要,如超高或超低的工作温度,大电机或其他大功率设备产生的影响信道传输特性的强电磁噪声等。以太网如在车间底层应用,必须要解决可靠性的问题。

    (3) 以太网不提供电源,必须有额外的供电电缆

    工业现场控制网络不仅能传输通信信息,而且要能够为现场设备传输工作供给电源。这主要是从线缆铺设和维护方便考虑,同时总线供电还能减少线缆,降低布线成本。
(4) 以太网不是本质安全系统
    
    (5) 安全性问题    以太网由于使用了TCP/IP协议,因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。没有授权的用户可能进入网络的控制层或管理层,造成安全漏洞。对此,一般可采用用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理,但针对工业自动化控制网络安全问题的解决方案还需要认真研究。
    
    (6) 现存的控制网络与新建以太控制网络的集成问题

    上述这些问题中,实时性、确定性及可靠性问题是长期阻碍以太网进入工业控制领域的主要障碍。为了解决这一问题,人们提出了工业以太网的解决办法。
    
    5、工业以太网

    一般来讲,工业以太网是专门为工业应用环境设计的标准以太网。工业以太网在技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容,工业以太网和标准以太网的异同可以比之与工业控制计算机和商用计算机的异同。以太网要满足工业现场的需要,需达到以下几个方面的要求。

    (1) 适应性

    包括机械特性(耐振动、耐冲击)、环境特性(工作温度要求为-40~+85℃,并耐腐蚀、防尘、防水)、电磁环境适应性或电磁兼容性EMC应符合EN50081-2、EN50082-2标准。

    (2) 可靠性

    由于工业控制现场环境恶劣,对工业以太网产品的可靠性也提出了更高的要求。

    (3) 本质安全与安全防爆技术

    对应用于存在易燃、易爆与有毒等气体的工业现场的智能装备以及通信设备,都必须采取一定的防爆措施来保证工业现场的安全生产。现场设备的防爆技术包括隔爆型(如增安、气密、浇封等)和本质安全型两类。与隔爆型技术相比,本质安全技术采取抑制点火源能量作为防爆手段,可以带来以下技术和经济上的优点:结构简单、体积小、重量轻、造价低;可在带电情况下进行维护和更换;安全可靠性高;适用范围广。实现本质安全的关键技术为低功耗技术和本安防爆技术。由于目前以太网收发器本身的功耗都比较大,一般都在六七十mA(5V工作电源),因此低功耗的现场设备(如工业现场以太网交换机、传输媒体以及基于以太网的变送器和执行机构等)设计难以实现。因此,在目前的技术条件下,对以太网系统采用隔爆防爆的措施比较可行。另一方面,对于没有严格的本安要求的非危险场合,则可以不考虑复杂的防爆措施。

    (4) 安装方便,适应工业环境的安装要求,如采用DIN导轨安装。
    
    6、提高以太网实用性的方法

    随着相关技术的发展,以太网的发展也取得了本质的飞跃,再借助于相关技术,可以从总体上提高以太网应用于工业控制中的实用性。
    
    6.1 采用交换技术

    传统以太网采用共享式集线器,其结构和功能仅仅是一种多端口物理层中继器,连接到共享式集线器上的所有站点共享一个带宽,遵循CSMA/CD协议进行发送和接收数据。而交换式集线器可以认为是一个受控的多端口开关矩阵,各个端口之间的信息流是隔离的,在源端和交换设备的目标端之间提供了一个直接快速的点到点连接。不同端口可以形成多个数据通道,端口之间的数据输入和输出不再受CSMA/CD的约束。随着现代交换机技术的发展,交换机端口内部之间的传输速率比整个设备层以太网端口间的传输速率之和还要大,因而减少以太网的冲突率,并为冲突数据提供缓存。当然交换机的工作方式必须是存储转发方式,这样在系统中只有点对点的连接,不会出现碰撞。多个交换把整个以太网分解成许多独立的区域,以太网的数据冲突只在各自的冲突域里存在,不同域之间没有冲突,可以大大提高网络上每个站点的带宽,从而提高了交换式以太网的网络性能和确定性。
    
    交换式以太网没有更改原有的以太网协议,可直接使用普通的以太网卡,大大降低了组网的成本,并从根本上解决了以太网通信传输延迟存在不确定性的问题。研究表明,通信负荷在10%以下时,以太网因碰撞而引起的传输延迟几乎可以忽略不计。在工业控制网络中,传输的信息多为周期性测量和控制数据,报文小,信息量少,传输的信息长度较小。这些信息包括生产装置运行参数的测量值、控制量、开关与阀门的工作位置、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数修改、零点与量程调校信息等。其长度一般都比较小,通常仅为几位到几十个字节,对网络传输的吞吐量要求不高。研究表明,在拥有6000个I/O的典型工业控制系统中,通信负荷为10M以太网的5%左右,即使有操作员信息传输(如设定值的改变,用户应用程序的下载等),10M以太网的负荷也完全可以保持在10%以下。
    
    6.2 采用高速以太网

    随着网络技术的迅速发展,先后产生了高速以太网(100M)和千兆以太网产品和国际标准,10G以太网产品也已经面世。通过提高通信速度,结合交换技术,可以大大提高通信网络的整体性能。
    
    6.3 采用全双工通信模式

    交换式以太网中一个端口是一个冲突域,在半双工情况下仍不能同时发送和接收数据。如果采用全双工模式,同一条数据链路中两个站点可以在发送数据的同时接收数据,解决了这种情况下半双工存在的需要等待的问题,理论上可以使传输速率提高一倍。全双工通信技术可以使设备端口间两对双绞线(或两根光纤)上同时接收和发送报文帧,从而也不再受到CSMA/CD的约束,这样,任一节点发送报文帧时不会再发生碰撞,冲突域也就不复存在。对于紧急事务信息,则可以根据IEEE802.3p&q,应用报文优先级技术,使优先级高的报文先进入排队系统先接受服务。通过这种优先级排序,使工业现场中的紧急事务信息能够及时成功地传送到中央控制系统,以便得到及时处理。
    
    6.4 采用虚拟局域网技术

    虚拟局域网(VLAN)的出现打破了传统网络的许多固有观念,使网络结构更灵活、方便。实际上,VLAN就是一个广播域,不受地理位置的限制,可以根据部门职能、对象组和应用等因素将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。局域网交换机的每一个端口只能标记一个VLAN,同一个VLAN中的所有站点拥有一个广播域,不同VLAN之间广播信息是相互隔离的,这样就避免了广播风暴的产生。工业过程控制中控制层单元在数据传输实时性和安全性方面都要与普通单元区分开来,使用虚拟局域网在工业以太网的开放平台上做逻辑分割,将不同的功能层、不同的部门区分开,从而达到提高网络的整体安全性和简化网络管理的目的。通常虚拟局域网的划分方式有静态端口分配、动态虚拟网和多虚拟网端口配置三种。静态端口分配指的是网络管理人员利用网管软件或设备交换机的端口,使其直接从属某个虚拟网,这些端口将保持这样的从属性,除非网管人员重新设置;动态虚拟网指的是支持动态虚拟网的端口可以借助智能管理软件自动确定它们的从属;多虚拟网端口配置支持一个用户或一个端口同时访问多个虚拟网,这样可以将一台控制层计算机配置成多个部门可以同时访问,也可以同时访问多个虚拟网的资源。
    
    6.5 引入质量服务(QoS)

    IP QoS是指IP的服务质量(quality of service),亦即IP数据流通过网络时的性能,它的目的是向用户提供端到端的服务质量保证。QoS有一套度量指标,包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率等。QoS网络可以区分实时-非实时数据,在工业以太网中采用QoS技术,可以识别来自控制层的拥有较高优先级的数据,并对它们优先处理,在响应延迟、传输延迟、吞吐量、可靠性、传输失败率、优先级等方面,使工业以太网满足工业自动化实时控制要求。另外,QoS网络还可以制止对网络的非法使用,譬如非法访问控制层现场控制单元和监控单元的终端等。
    
    此外,还出现了受大公司支持的工业以太网应用标准及相关协议的改进。将工业以太网引入底层网络,不仅使现场层、控制层和管理层在垂直层面上方便集成,更能降低不同厂家设备在水平层面上的集成成本,以太网向底层网络的延伸是必然的,因此著名厂商纷纷支持工业以太网并制订了不同的工业应用标准。如 Rockwell、OMRON等公司支持Ethernet/IP,IP是指工业协议,它提供Producer/Consumer模型,将ControlNet和Devicenet的控制和信息协议的应用层移植到TCP。FF制定的高速以太网协议HSE提供了发布方/定购方、对象等模型,主要用于工程控制领域,受到了Foxboro、Honeywell等一些大公司的支持。 由Schneider公司发布的Modbus/TCP协议将Modbus协议捆绑在TCP协议上,易于实施,能够实现互联。
    
    为了提高实时性,以太网协议也作了一些改进。一种完全基于软件的协议RETHER(Real Time Ethernet)可以在不改变以太网现有硬件的情况下确保实时性,它采用一种混合操作模式,能减少对网络中非实时数据传输性能的影响;非竞争的容许控制机制和有效的令牌传递方案能防止由于节点故障而引起的令牌丢失。遵守RETHER协议的网络以CSMA和RETHER两种模式运行。在实时对话期间,网络将透明地转换到RETHER模式,实时对话结束后又重新回到CSMA模式。还有一种以太网协议叫RTCC(Real Time Communication Control),为分布式实时应用提供了良好的基础。RTCC是加在Ethernet之上的一层协议,能提供高速、可靠、实时的通信。它不需要改变现有的硬件设备,采用命令/响应多路传输和总线表两种新颖的机制来分配信道。所有节点在RTCC协议中被分为总线控制器(BC)和远程终端(RT)两类,BC只有一个,其余都是RT。信息发送的发起和管理都由BC承担,访问仲裁过程和传输控制过程都是由BC来实现的,通过两个过程的集成与同步,不仅节点的发送时间是确定的,而且节点使用总线的时间也可控。在10Mbps以太网上的实验表明,RTCC有令人满意的确定性。第三种改进实时性的方法是流量平衡,即在UDP或TCP/IP与Ethernet MAC之间加一个流量平衡器。作为它们之间的接口,它被安装在每一个网络节点上。在本地节点,它给予实时数据包以优先权来消除实时信息与非实时信息的竞争,同时平衡非实时信息,以减少与其他节点实时信息之间的冲突。为了保证非实时信息的吞吐量,流量平衡器还能根据网络的负载情况调整数据流产生率。这种方法不需要对现有的标准Ethernet MAC协议和TCP或UDP/IP作任何改动。
    
    因此,针对以太网排队延迟的不确定性,通过采用适当的流量控制、交换技术、全双工通信技术、信息优先级等来提高实时性,并改进了容错技术、系统设计技术以及冗余结构,以太网完全能用于工业控制网络。事实上,20世纪90年代中后期,国内外各大工控公司纷纷在其控制系统中采用以太网,推出了基于以太网的DCS、PLC、数据采集器,以及基于以太网的现场仪表、显示仪表等产品。
    
    随着网络和信息技术的日趋成熟,在工业通信和自动化系统中采用以太网和TCP/IP协议作为最主要的通信接口和手段,向网络化、标准化、开放性方向发展将是各种控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用最广泛、成长最快的局域网技术,在工业自动化和过程控制领域得到了超乎寻常的发展。同时,基于IP的全程一体化寻址,为工业生产提供的标准、共享、高速的信息化通道解决方案,也必将对控制系统产生深远的影响。

Cambium Networks发布用于工业物联网的cnReach窄带无线解决方案

业界资讯roger 发表了文章 • 0 个评论 • 21 次浏览 • 2016-09-15 13:24 • 来自相关话题

全球领先的无线网络解决方案供应商Cambium Networks今天发布了cnReach,这是一种窄带无线电解决方案,可进行极其安全可靠的远距离传输,适用于工业物联网,尤其是石油和天然气、水电公共事业、铁路、运输和采矿应用。基于十余年的无线宽带技术投资经验,Cambium Networks现在能够提供授权无线窄带网络解决方案,将网络边缘的传感器连接到私有或云数据中心。该公司一直在有条不紊地发展其点对点(PTP)回程、点对多点(PMP)接入和WiFi无线网络解决方案产品组合,以提供可靠而实惠的连接,覆盖的距离为2米到245公里。

Petro Communications总裁Mike Mitchell表示:“cnReach的窄带连接扩展了通信基础设施和回程,使我们现在具备了端到端管理整个工业物联网的能力和可见性。我们需要完全可靠的连接来处理传感器数据,并将控制命令发送到最偏远的地点。”

Cambium Networks总裁兼首席执行官Atul Bhatnagar表示:“为了实时监控复杂的运作,行业领导者需要能够汇总和提取网络边缘数据、提供分析和控制,然后将大量处理过的信息传输至私有和云数据中心的应用程序。我们通过cnReach平台提供一种全面的解决方案,将数据从节点传输至网络运营中心,而cnMaestro可通过单一玻璃片管理整个网络。”

cnReach N500无线电装置完善了该公司高度灵活的端到端无线窄带和宽带解决方案组合,为网络运营商提供了一种全面的无线网络解决方案,通过连接最外层边缘的设备来执行工业物联网活动。该产品支持900 MHz和700 MHz频率下的授权和未授权运行(未来计划支持更多频率),通过广泛的内置I/O功能,轻松从串行网络过渡到全IP网络。

Cambium Networks的cnReach产品管理总监Bruce Collins表示:“cnReach使公用事业、石化和其他关键基础设施运营商能够将累积和实时数据转化为深刻的见解和关键的行动,从而充分发挥工业互联网的价值。cnReach提供了非常可靠且灵活的通信基础设施,可在大型现场区域网络中实现传感器和控制器互连。这种连接为满足合规要求、提高安全性和效率提供了所需的重要数据和控制功能。”

cnReach的主要特点包括:

cnMaestro软件监控承载来自传感器和控制器流量的整个网络的状态

授权700 MHz和900 MHz频率(同一无线电装置中支持授权和非授权运行),未来几个月将支持更多射频频段,包括100 MHz、200 MHz和400 MHz频率范围内的解决方案

通过AES 128/256位加密(口令认证)实现安全通信

通过接入点同步和自适应调制实现极其可靠的通信

单射频和双射频配置,可实现高效的中继和存储转发应用

广泛的I/O功能,可轻松从串行网络过渡到全IP网络,内置多个串行端口、以太网端口和模拟/数字I/O

通过LINKPlanner进行复杂的网络规划,这种免费的规划工具使网络设计人员能够预测网络的容量和可用性,并且涵盖Cambium的所有技术

cnMaestro管理平台的主要特点包括:

开放式北向RESTful API使客户能够访问从现场区域网络边缘到运营中心的实时和历史基础设施和回程统计数据。这些接口允许外部应用程序监控端到端设备健康、无线电效率和网络流量。

Webhooks API能够安全地将异步警报和周期性统计数据导入复杂的事件处理和数据引擎,帮助整合进企业网络管理和通知服务。

cnReach位置管理确保网络回程的充分可见性、可管理性和可靠性,确保工业物联网数据和运营是可靠且高效的。

多年来,Cambium Networks在部署大容量微波回程、视频监控、远程访问、租用线路替换、WiFi以及现在的SCADA监控系统等私有网络解决方案方面积累了丰富的经验。该公司带来了一套全面的工业物联网解决方案,所有解决方案均通过单一玻璃片进行管理。

cnReach目前在北美Cambium Networks经销商处有售。Cambium Networks将于9月15日上午9点(美国中部时间)举行cnReach平台网络研讨会。 查看全部
全球领先的无线网络解决方案供应商Cambium Networks今天发布了cnReach,这是一种窄带无线电解决方案,可进行极其安全可靠的远距离传输,适用于工业物联网,尤其是石油和天然气、水电公共事业、铁路、运输和采矿应用。基于十余年的无线宽带技术投资经验,Cambium Networks现在能够提供授权无线窄带网络解决方案,将网络边缘的传感器连接到私有或云数据中心。该公司一直在有条不紊地发展其点对点(PTP)回程、点对多点(PMP)接入和WiFi无线网络解决方案产品组合,以提供可靠而实惠的连接,覆盖的距离为2米到245公里。

Petro Communications总裁Mike Mitchell表示:“cnReach的窄带连接扩展了通信基础设施和回程,使我们现在具备了端到端管理整个工业物联网的能力和可见性。我们需要完全可靠的连接来处理传感器数据,并将控制命令发送到最偏远的地点。”

Cambium Networks总裁兼首席执行官Atul Bhatnagar表示:“为了实时监控复杂的运作,行业领导者需要能够汇总和提取网络边缘数据、提供分析和控制,然后将大量处理过的信息传输至私有和云数据中心的应用程序。我们通过cnReach平台提供一种全面的解决方案,将数据从节点传输至网络运营中心,而cnMaestro可通过单一玻璃片管理整个网络。”

cnReach N500无线电装置完善了该公司高度灵活的端到端无线窄带和宽带解决方案组合,为网络运营商提供了一种全面的无线网络解决方案,通过连接最外层边缘的设备来执行工业物联网活动。该产品支持900 MHz和700 MHz频率下的授权和未授权运行(未来计划支持更多频率),通过广泛的内置I/O功能,轻松从串行网络过渡到全IP网络。

Cambium Networks的cnReach产品管理总监Bruce Collins表示:“cnReach使公用事业、石化和其他关键基础设施运营商能够将累积和实时数据转化为深刻的见解和关键的行动,从而充分发挥工业互联网的价值。cnReach提供了非常可靠且灵活的通信基础设施,可在大型现场区域网络中实现传感器和控制器互连。这种连接为满足合规要求、提高安全性和效率提供了所需的重要数据和控制功能。”

cnReach的主要特点包括:

cnMaestro软件监控承载来自传感器和控制器流量的整个网络的状态

授权700 MHz和900 MHz频率(同一无线电装置中支持授权和非授权运行),未来几个月将支持更多射频频段,包括100 MHz、200 MHz和400 MHz频率范围内的解决方案

通过AES 128/256位加密(口令认证)实现安全通信

通过接入点同步和自适应调制实现极其可靠的通信

单射频和双射频配置,可实现高效的中继和存储转发应用

广泛的I/O功能,可轻松从串行网络过渡到全IP网络,内置多个串行端口、以太网端口和模拟/数字I/O

通过LINKPlanner进行复杂的网络规划,这种免费的规划工具使网络设计人员能够预测网络的容量和可用性,并且涵盖Cambium的所有技术

cnMaestro管理平台的主要特点包括:

开放式北向RESTful API使客户能够访问从现场区域网络边缘到运营中心的实时和历史基础设施和回程统计数据。这些接口允许外部应用程序监控端到端设备健康、无线电效率和网络流量。

Webhooks API能够安全地将异步警报和周期性统计数据导入复杂的事件处理和数据引擎,帮助整合进企业网络管理和通知服务。

cnReach位置管理确保网络回程的充分可见性、可管理性和可靠性,确保工业物联网数据和运营是可靠且高效的。

多年来,Cambium Networks在部署大容量微波回程、视频监控、远程访问、租用线路替换、WiFi以及现在的SCADA监控系统等私有网络解决方案方面积累了丰富的经验。该公司带来了一套全面的工业物联网解决方案,所有解决方案均通过单一玻璃片进行管理。

cnReach目前在北美Cambium Networks经销商处有售。Cambium Networks将于9月15日上午9点(美国中部时间)举行cnReach平台网络研讨会。

基于PC的控制技术 助力电子制造行业智慧转型

业界资讯roger 发表了文章 • 0 个评论 • 26 次浏览 • 2016-09-07 19:54 • 来自相关话题

随着工业4.0、工业互联网、智慧工厂及中国制造2025等概念火爆,物联网的工业应用、电子制造行业的升级改造必定是大势所趋,在过去几年经受重挫的电子制造企业也开始利用自动化与信息化技术融合技术进行自身升级改造,以确保在竞争中保持领先,而基于PC的控制技术将在传统制造向智慧工厂转型过程中担当重要的角色。 






柔性化、智能化是趋势 

相比其他行业,电子制造业的自动化程度已经非常高,而且自动化的应用也曾让电子制造业级大满足了过去单品种、大批量生产的需求。但是,目前市场需求发生了重大改变,柔性化、智能化生产已经成为未来发展的一大趋势,因此,单纯的高大上的自动化技术已经无法满足的生产需求,传统电子制造业必须向智慧工厂转型,进而提升自身的竞争力。 

中国科技自动化联盟秘书长王健表示,智慧工厂的核心竞争力围绕数据、信息、知识并指导决策的链条展开,具体来说,就是通过感测技术收集车间机器设备的数据,利用运算处理技术形成信息,然后经过逻辑、推测及判断形成有价值的知识,最后为管理层提供决策参考依据,在这个过程中,产品的全生命周期与企业价值链相集成,从而使自动化与信息化深度融合,助力工厂实现随时市场需求变化来进行柔性化生产计划,进而降低了运营成本,提升了生产力及企业的核心竞争力。 

自动控制技术担当重任 

德国倡议“工业4.0”的目的是通过通信和智能控制提高制造业的灵活性、效率和可持续性,以加强德国工业的竞争力。自动化与信息化融合是工业4.0的核心,而基于 PC 的控制技术为两化融合提供理想的控制技术架构。 

德国倍福自动化有限公司行业经理王涛表示,高效率、模块化、灵活可变及开放性的且基于PC的控制技术方案是实现工业4.0的必备条件,也可以说是现代工业自动化世界的互联架构。可以为工厂提供安全可靠的横向和纵向通讯,这正是现代智慧工厂用户所需要整合的资源。 

从工厂各层通讯角度上来讲,智能工厂架构可以以金字塔来划分,从底层到顶层分别为Factory Floor、PLCS、SCADA/HMI、MES、ERP及云端。纵向互联是指SCADA/MES/ERP与PLC之间,即是到间现场设备的特定数据的一致访问;横向互联是指PLC与PLC之间数据交换的一致访问;I/O层互联是指PLC与现场总线之间即是到车间现场设备的特定数据的一致访问;云层是指PLC与云之间,为记录数据到云的一致性访问。 

其中,I/O层PLC与现场总线之间的数据通讯的趋势从传统现场总线到工业以太网,虽然具备100M带宽、价格相对低及与IT技术集成的优势,但是实时性通讯的要求难以满足,而EtherCAT技术优势是具备高度的开放性,而且同时具有以太网特性、网络规模几乎无限、实时同步性及可以无缝集成传统现场总线等优势特点,据王涛透露,日本丰田曾宣布其全球新厂将采用EtherCAT技术,可见EtherCAT技术是未来的趋势。

随着PC作为公认的技术平台,加上自动化设备规范(ADS)、EtherCAT自动化协议(EAP)和OPC统一架构(OPC UA),Beckhoff拥有了用户在实现工业4.0所要求的纵向和横向整合所需的所有资源。基于PC的控制技术可以集成测量技术和状态监测功能,甚至能够监测复杂的生产系统。从而帮助工厂能够建立更可靠和更节能的智能生产系统。同时也将需要新的、直观的操作界面,使得人类能够更加轻松地完成他们的日常工作并能够与智能设备进行更有效的互动。 

简而言之,基于PC的控制技术可以对整个产品生命周期进行自动化改造,包括将它们集成到ERP系统中。通过提供跨所有层的持续通讯的方式实现智能化的生产环境。并且开放的基于PC的控制技术对工业物联网的落地有着关键的促进作用,因为物联网意味着产品以及系统及其模块间可以相互通信。这正是开放式控制技术的用武之地,它允许开发人员将系统设计成具有智能运行和通信的能力。   总结的说,基于PC的控制技术为自动化与信息化融合提供理想的控制架构,精简的架构设计可以减小设施和安装成本,便利化的模块和适应制造的系统则使生产具有更强的“容错能力”,而且可以提升能源利用率和生产率,提升工厂的竞争力,因此,在实现智慧工厂的过程中,基于PC的控制技术是必备的基础条件,未来将助力电子制造行业智慧转型。 查看全部
随着工业4.0、工业互联网、智慧工厂及中国制造2025等概念火爆,物联网的工业应用、电子制造行业的升级改造必定是大势所趋,在过去几年经受重挫的电子制造企业也开始利用自动化与信息化技术融合技术进行自身升级改造,以确保在竞争中保持领先,而基于PC的控制技术将在传统制造向智慧工厂转型过程中担当重要的角色。 

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柔性化、智能化是趋势 

相比其他行业,电子制造业的自动化程度已经非常高,而且自动化的应用也曾让电子制造业级大满足了过去单品种、大批量生产的需求。但是,目前市场需求发生了重大改变,柔性化、智能化生产已经成为未来发展的一大趋势,因此,单纯的高大上的自动化技术已经无法满足的生产需求,传统电子制造业必须向智慧工厂转型,进而提升自身的竞争力。 

中国科技自动化联盟秘书长王健表示,智慧工厂的核心竞争力围绕数据、信息、知识并指导决策的链条展开,具体来说,就是通过感测技术收集车间机器设备的数据,利用运算处理技术形成信息,然后经过逻辑、推测及判断形成有价值的知识,最后为管理层提供决策参考依据,在这个过程中,产品的全生命周期与企业价值链相集成,从而使自动化与信息化深度融合,助力工厂实现随时市场需求变化来进行柔性化生产计划,进而降低了运营成本,提升了生产力及企业的核心竞争力。 

自动控制技术担当重任 

德国倡议“工业4.0”的目的是通过通信和智能控制提高制造业的灵活性、效率和可持续性,以加强德国工业的竞争力。自动化与信息化融合是工业4.0的核心,而基于 PC 的控制技术为两化融合提供理想的控制技术架构。 

德国倍福自动化有限公司行业经理王涛表示,高效率、模块化、灵活可变及开放性的且基于PC的控制技术方案是实现工业4.0的必备条件,也可以说是现代工业自动化世界的互联架构。可以为工厂提供安全可靠的横向和纵向通讯,这正是现代智慧工厂用户所需要整合的资源。 

从工厂各层通讯角度上来讲,智能工厂架构可以以金字塔来划分,从底层到顶层分别为Factory Floor、PLCS、SCADA/HMI、MES、ERP及云端。纵向互联是指SCADA/MES/ERP与PLC之间,即是到间现场设备的特定数据的一致访问;横向互联是指PLC与PLC之间数据交换的一致访问;I/O层互联是指PLC与现场总线之间即是到车间现场设备的特定数据的一致访问;云层是指PLC与云之间,为记录数据到云的一致性访问。 

其中,I/O层PLC与现场总线之间的数据通讯的趋势从传统现场总线到工业以太网,虽然具备100M带宽、价格相对低及与IT技术集成的优势,但是实时性通讯的要求难以满足,而EtherCAT技术优势是具备高度的开放性,而且同时具有以太网特性、网络规模几乎无限、实时同步性及可以无缝集成传统现场总线等优势特点,据王涛透露,日本丰田曾宣布其全球新厂将采用EtherCAT技术,可见EtherCAT技术是未来的趋势。

随着PC作为公认的技术平台,加上自动化设备规范(ADS)、EtherCAT自动化协议(EAP)和OPC统一架构(OPC UA),Beckhoff拥有了用户在实现工业4.0所要求的纵向和横向整合所需的所有资源。基于PC的控制技术可以集成测量技术和状态监测功能,甚至能够监测复杂的生产系统。从而帮助工厂能够建立更可靠和更节能的智能生产系统。同时也将需要新的、直观的操作界面,使得人类能够更加轻松地完成他们的日常工作并能够与智能设备进行更有效的互动。 

简而言之,基于PC的控制技术可以对整个产品生命周期进行自动化改造,包括将它们集成到ERP系统中。通过提供跨所有层的持续通讯的方式实现智能化的生产环境。并且开放的基于PC的控制技术对工业物联网的落地有着关键的促进作用,因为物联网意味着产品以及系统及其模块间可以相互通信。这正是开放式控制技术的用武之地,它允许开发人员将系统设计成具有智能运行和通信的能力。   总结的说,基于PC的控制技术为自动化与信息化融合提供理想的控制架构,精简的架构设计可以减小设施和安装成本,便利化的模块和适应制造的系统则使生产具有更强的“容错能力”,而且可以提升能源利用率和生产率,提升工厂的竞争力,因此,在实现智慧工厂的过程中,基于PC的控制技术是必备的基础条件,未来将助力电子制造行业智慧转型。

西门子携手智物联共建工业物联网应用平台

业界资讯roger 发表了文章 • 0 个评论 • 28 次浏览 • 2016-09-06 22:50 • 来自相关话题

西门子股份公司是全球领先的技术企业,创立于1847年,业务遍及全球200多个国家,专注于电气化、自动化和数字化领域。

自1872年进入中国,140余年来以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,确立了在中国市场的领先地位。西门子已经发展成为中国社会和经济不可分割的一部分,并竭诚与中国携手合作,共同致力于实现可持续发展。






智物联的工业物联网方案已经成功应用于多个工业行业,凭借高可靠性、安全性,赢得了诸多客户的信赖,帮助传统企业实现工业物联网平台搭建。随着工业物联网的高速发展,信息化技术使得信息传递和获取变得触手可及,同时对工业信息系统的可靠性和安全性带来了巨大的挑战。


西门子携手智物联共建工业物联网应用平台
 
智物联为西门子打造的工业物联网系统,帮助西门子实现从传统的工厂信息化到云端远程信息化的跨越,能够更高效的进行设备监控管理,生产资源调度,大大提高工业应用的运营效率,向智能制造迈进。

设备数据,随心掌控

从传统工业的工厂信息化到云端远程信息化,数据的传输及应用不再局限在有限的应用场景或工厂空间,任何一台PC、手机APP都可以辅助企业实现远程管、控、营。

设备完成对接后,在云平台的应用中可以实时监控所有设备的运行状态、数据、信息,完成设备管理、设备远程控制、生命周期管理等,从设备销售转为设备运营。同时可查看数据任何时期的历史数据,与售后有效结合,降低运营及维护成本。

工业应用相比较常规应用更注重运行的稳定性,一次宕机、中断可能会给企业造成巨大的损失,信息传输同样如此。

智物联部署的云服务器采用多组异地容灾备份机制,可有效应对突发事故,确保数据中心任何一个中心故障后设备数据不丢失,运行不中断,真正打造7*24小时不间断数据服务,高可靠性解决企业的后顾之忧。

工业级标准,双重保障

作为工业领域受人尊敬的先锋企业,西门子对平台的应用安全格外关注,工业领域的信息化安全关系到生产体系的效率和进程。

智物联Mixlinker工业物联网构架,从数据精确采集到传输、处理、展现,每个环节都通过不同加密方式进行数据加密,确保数据传输的安全性;企业运营数据及商业信息全部存储在西门子本地服务器,商业数据于工业数据的有效分离让企业管理“高枕无忧”。

结语

智物联Mixlinker物联网解决方案助力西门子构建工业设备物联网,提升设备管理、运营水平,保障关键设备运营的连续性和稳定性,帮助西门子在中国工业领域的应用快速发展。目前而言,工业物联网能够带来的收益已逐渐凸显:

1.设备运营效率大幅提升

通过平台对设备信息统一管控,消除信息孤岛,合理分配、安排设备工作状态,安排工作计划,及时有效处理设备故障,提高设备及工厂的整体运营效率,降低维护成本。

2.增强业务连续性

核心业务由自己掌控,通过实时数据更好的调整,管理业务,提供更加时效、人性化的服务,确保自己业务的连贯性和稳定性,做到可读、可控。

3.大数据应用,挖掘深层价值

大数据的积累是企业长期发展的重要财富,通过对数据的分析、对比、整合,有利对行业现状的研究,同时助力企业开发更适合市场、符合应用环境的产品,制定更加有效的市场产品策略。 查看全部
西门子股份公司是全球领先的技术企业,创立于1847年,业务遍及全球200多个国家,专注于电气化、自动化和数字化领域。

自1872年进入中国,140余年来以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,确立了在中国市场的领先地位。西门子已经发展成为中国社会和经济不可分割的一部分,并竭诚与中国携手合作,共同致力于实现可持续发展。

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智物联的工业物联网方案已经成功应用于多个工业行业,凭借高可靠性、安全性,赢得了诸多客户的信赖,帮助传统企业实现工业物联网平台搭建。随着工业物联网的高速发展,信息化技术使得信息传递和获取变得触手可及,同时对工业信息系统的可靠性和安全性带来了巨大的挑战。


西门子携手智物联共建工业物联网应用平台
 
智物联为西门子打造的工业物联网系统,帮助西门子实现从传统的工厂信息化到云端远程信息化的跨越,能够更高效的进行设备监控管理,生产资源调度,大大提高工业应用的运营效率,向智能制造迈进。

设备数据,随心掌控

从传统工业的工厂信息化到云端远程信息化,数据的传输及应用不再局限在有限的应用场景或工厂空间,任何一台PC、手机APP都可以辅助企业实现远程管、控、营。

设备完成对接后,在云平台的应用中可以实时监控所有设备的运行状态、数据、信息,完成设备管理、设备远程控制、生命周期管理等,从设备销售转为设备运营。同时可查看数据任何时期的历史数据,与售后有效结合,降低运营及维护成本。

工业应用相比较常规应用更注重运行的稳定性,一次宕机、中断可能会给企业造成巨大的损失,信息传输同样如此。

智物联部署的云服务器采用多组异地容灾备份机制,可有效应对突发事故,确保数据中心任何一个中心故障后设备数据不丢失,运行不中断,真正打造7*24小时不间断数据服务,高可靠性解决企业的后顾之忧。

工业级标准,双重保障

作为工业领域受人尊敬的先锋企业,西门子对平台的应用安全格外关注,工业领域的信息化安全关系到生产体系的效率和进程。

智物联Mixlinker工业物联网构架,从数据精确采集到传输、处理、展现,每个环节都通过不同加密方式进行数据加密,确保数据传输的安全性;企业运营数据及商业信息全部存储在西门子本地服务器,商业数据于工业数据的有效分离让企业管理“高枕无忧”。

结语

智物联Mixlinker物联网解决方案助力西门子构建工业设备物联网,提升设备管理、运营水平,保障关键设备运营的连续性和稳定性,帮助西门子在中国工业领域的应用快速发展。目前而言,工业物联网能够带来的收益已逐渐凸显:

1.设备运营效率大幅提升

通过平台对设备信息统一管控,消除信息孤岛,合理分配、安排设备工作状态,安排工作计划,及时有效处理设备故障,提高设备及工厂的整体运营效率,降低维护成本。

2.增强业务连续性

核心业务由自己掌控,通过实时数据更好的调整,管理业务,提供更加时效、人性化的服务,确保自己业务的连贯性和稳定性,做到可读、可控。

3.大数据应用,挖掘深层价值

大数据的积累是企业长期发展的重要财富,通过对数据的分析、对比、整合,有利对行业现状的研究,同时助力企业开发更适合市场、符合应用环境的产品,制定更加有效的市场产品策略。

第十五届中国国际制博会在沈阳开幕 近千家企业参展

业界资讯roger 发表了文章 • 0 个评论 • 32 次浏览 • 2016-09-03 21:08 • 来自相关话题

 9月1日上午,第十五届中国国际装备制造业博览会在沈阳国际展览中心开幕,同时,首届中国国防科技工业博览会与第二届中国(沈阳)国际机器人展览会也同期举行。展会将持续到9月5日。

本次制博会以“装备制造与高新技术”为主题,展位达4000余个,共设置7个室内展场和2个室外展场,800余家企业参展,分别来自美国、日本、韩国等15个国家和地区,境外和外商投资企业239家。包括德国西门子股份公司、美国谷歌、日本三菱电机自动化、美国美孚润滑油、日本欧姆龙株式会社、美国时代超声集团、瑞士ABB集团、法国施耐德电气在内的61家世界著名装备制造业企业和世界500强及跨国公司。参展展品主要包括:工业机器人、智能制造技术、3D打印技术和设备、IC装备、工业设计等战略性新兴产业技术装备、机床及其功能部件、通用设备与专用设备、大型装备、工程机械与特种车辆等传统装备制造业产品和设备等。

同时,成都成量工具集团有限公司、扬力集团股份有限公司、新松机器人自动化股份有限公司、大族激光科技产业集团股份有限公司等来自20个省、市、自治区的38家国内知名装备制造业企业也亮相本届制博会。

据了解,本次制博会也吸引众多辽宁省本土知名企业参展,包括沈阳机床、北方重工、沈阳鼓风机集团、本溪钢铁、沈飞集团等。辽宁巨子实业股份有限公司是2011年成立的本土企业,在本次展会上,巨子以“双创+智造产业”为主题,集中向观众展示了模具制造、工业自动化、机器人、3D打印、激光制造、虚拟现实、工业设计七大板块内容,其3D打印技术以及AR增强现实技术皆处于辽宁省内乃至国内领先地位,对辽宁省智造产业的发展和企业转型升级起到一定促进作用。

另外,本届展会首次引进互联网电商企业参与中国制博会活动。谷歌、阿里巴巴、诺展商城等知名电商企业将通过举办论坛、讲座和组织采购商进行贸易对接洽谈等形式,建立互联网+装备制造业等新型贸易服务平台,将有力扩大中国制博会贸易成交效果。

本届中国国际制博会、首届国防科技工业展和第二届沈阳机器人展同期举办,优势互补、资源共享、规模空前、商机无限,最大限度发挥博览会叠加作用 查看全部

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 9月1日上午,第十五届中国国际装备制造业博览会在沈阳国际展览中心开幕,同时,首届中国国防科技工业博览会与第二届中国(沈阳)国际机器人展览会也同期举行。展会将持续到9月5日。

本次制博会以“装备制造与高新技术”为主题,展位达4000余个,共设置7个室内展场和2个室外展场,800余家企业参展,分别来自美国、日本、韩国等15个国家和地区,境外和外商投资企业239家。包括德国西门子股份公司、美国谷歌、日本三菱电机自动化、美国美孚润滑油、日本欧姆龙株式会社、美国时代超声集团、瑞士ABB集团、法国施耐德电气在内的61家世界著名装备制造业企业和世界500强及跨国公司。参展展品主要包括:工业机器人、智能制造技术、3D打印技术和设备、IC装备、工业设计等战略性新兴产业技术装备、机床及其功能部件、通用设备与专用设备、大型装备、工程机械与特种车辆等传统装备制造业产品和设备等。

同时,成都成量工具集团有限公司、扬力集团股份有限公司、新松机器人自动化股份有限公司、大族激光科技产业集团股份有限公司等来自20个省、市、自治区的38家国内知名装备制造业企业也亮相本届制博会。

据了解,本次制博会也吸引众多辽宁省本土知名企业参展,包括沈阳机床、北方重工、沈阳鼓风机集团、本溪钢铁、沈飞集团等。辽宁巨子实业股份有限公司是2011年成立的本土企业,在本次展会上,巨子以“双创+智造产业”为主题,集中向观众展示了模具制造、工业自动化、机器人、3D打印、激光制造、虚拟现实、工业设计七大板块内容,其3D打印技术以及AR增强现实技术皆处于辽宁省内乃至国内领先地位,对辽宁省智造产业的发展和企业转型升级起到一定促进作用。

另外,本届展会首次引进互联网电商企业参与中国制博会活动。谷歌、阿里巴巴、诺展商城等知名电商企业将通过举办论坛、讲座和组织采购商进行贸易对接洽谈等形式,建立互联网+装备制造业等新型贸易服务平台,将有力扩大中国制博会贸易成交效果。

本届中国国际制博会、首届国防科技工业展和第二届沈阳机器人展同期举办,优势互补、资源共享、规模空前、商机无限,最大限度发挥博览会叠加作用

青科大学子斩获第十届全国大学生“西门子杯”中国智能制造挑战赛国家特等奖

业界资讯roger 发表了文章 • 0 个评论 • 27 次浏览 • 2016-09-03 21:07 • 来自相关话题

 日前,历时8个月的2016“西门子杯”中国智能制造挑战赛近日在三峡大学落幕。来自26所高校的31支队伍,从近300所高校2200多支参赛队伍中脱颖而出,获得决赛6个赛项的特等奖。经过激烈角逐,青岛科技大学共荣获全国特等奖1项、一等奖1项、二等奖3项。其中,由青科大自动化学院赵艳东老师指导,刘赟、杨旭、张运利组成的“飞跃战队”在ITEM1过程控制赛项中获得全国特等奖;由王贞玉老师指导,吕幸鑫、王杰、王志凯组成的“Jump队”在ITEM2逻辑控制赛项中获得全国一等奖。

据悉,“西门子杯”中国智能制造挑战赛,原为“全国大学生‘西门子杯’工业自动化挑战赛”,至今已举办10届。大赛由教育部高等学校自动化专业教学指导委员会、西门子(中国)有限公司以及中国系统仿真学会联合主办,分为“过程控制”“逻辑控制”“运控控制”“工程创新”“硬件研发”“工业网络(试)”6大赛项。大赛面向全国工业自动化、工业信息化、机电一体化、仪器仪表、工业网络、新能源、物联网等相关专业方向的大学生和高职、高专在校学生,致力于制造业高端工程人才的培养与选拔。 查看全部

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 日前,历时8个月的2016“西门子杯”中国智能制造挑战赛近日在三峡大学落幕。来自26所高校的31支队伍,从近300所高校2200多支参赛队伍中脱颖而出,获得决赛6个赛项的特等奖。经过激烈角逐,青岛科技大学共荣获全国特等奖1项、一等奖1项、二等奖3项。其中,由青科大自动化学院赵艳东老师指导,刘赟、杨旭、张运利组成的“飞跃战队”在ITEM1过程控制赛项中获得全国特等奖;由王贞玉老师指导,吕幸鑫、王杰、王志凯组成的“Jump队”在ITEM2逻辑控制赛项中获得全国一等奖。

据悉,“西门子杯”中国智能制造挑战赛,原为“全国大学生‘西门子杯’工业自动化挑战赛”,至今已举办10届。大赛由教育部高等学校自动化专业教学指导委员会、西门子(中国)有限公司以及中国系统仿真学会联合主办,分为“过程控制”“逻辑控制”“运控控制”“工程创新”“硬件研发”“工业网络(试)”6大赛项。大赛面向全国工业自动化、工业信息化、机电一体化、仪器仪表、工业网络、新能源、物联网等相关专业方向的大学生和高职、高专在校学生,致力于制造业高端工程人才的培养与选拔。

宝钢与西门子合作,打造钢铁“工业4.0”

业界资讯roger 发表了文章 • 0 个评论 • 33 次浏览 • 2016-09-03 21:06 • 来自相关话题

由工业和信息化部指导,上海市经济和信息化委员会、上海市临港地区开发建设管理委员会主办的“中德智能制造合作试点示范项目经验交流会”昨天在上海临港举行。首批14个中德智能制造合作试点示范项目在会上亮相,其中,“宝钢与西门子联合探索钢铁行业工业4.0”试点示范项目采用“3+1”模式,即智能装备、智能工厂、智能互联加基础设计,将打造钢铁行业的“工业4.0”企业。

 





中德智能制造合作试点示范项目代表出席授牌仪式。薛徐婷摄

 

工信部信息化和软件服务业司副司长安筱鹏表示,正在兴起的新一轮科技革命和产业变革以信息通信技术深度应用为显著特征,推动中德智能制造合作,是两国共同应对、积极把握这一历史机遇的战略举措。为此,工信部面向全国开展了中德智能制造合作试点示范项目的申报,首批试点共有14个项目入选,包含产业合作、标准化合作、示范园区、人才培养合作等4个领域。

 

作为产业合作项目,“宝钢与西门子联合探索钢铁行业工业4.0”已经启动,宝钢集团有限公司和西门子德国有限公司正在开展合作。宝钢运营部高级经理沈立明说,在中国经济新常态下,钢铁工业已进入“寒冬”。宝钢是中国钢铁行业的领军企业,同样面临劳动力成本上升、流程设计待优化、信息化管理水平不高等痛点。在此背景下,与德国企业联合研发面向钢铁行业的智能制造技术与集成应用,对推动钢铁行业转型有很大意义。

 

合作项目自去年8月启动,计划2020年完成。宝钢与西门子共同组建了“联合探索钢铁行业工业4.0”团队,采用“3+1”模式进行研发——底层是智能装备,中层是智能工厂,上层是智能互联,还有一环是基础设施。两家企业从该模式出发,设立了智慧营销、系统化节能、产线级节能等12个研发方向。

 

此外,双方在工信部智能制造示范试点项目“宝钢热轧1580智能车间”的支持下,研究数字化工厂仿真、工业大数据等8个先导课题。西门子中央研究院总监陈江宁说:“西门子在工业流程方面的理念是:一体化运营、全数字化管理。我们希望宝钢新厂房从设计开始,就合理利用数据,实现设备数据、生产数据、工艺数据的全透明化管理。这会给今后的运维带来很大效益。”

 





陈江宁发表演讲。薛徐婷摄

 

据介绍,项目执行过程中产生的知识产权,由宝钢、西门子共享。双方设立了短期、中期、长期三个阶段的目标。短期目标是建成“1580智能车间”;中期目标是在2017年形成钢铁行业“工业4.0”框架;长期目标是建立产业联盟,向我国其他企业输出“工业4.0”理念下的商业模式。

 

陈江宁还表示:“随着与宝钢合作的不断深入,我们发现‘工业4.0’不只是软件与硬件的革命,还包含人的观念变革。因此在接下来的合作中,我们会更多地关注企业文化的交流。”他以西门子旗下的安贝格公司为例,指出该公司员工每年提出的合理化建议占整个西门子的70%。安贝格公司让员工深度参与更新设备的过程,提升了员工发现问题、解决问题的能力。

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由工业和信息化部指导,上海市经济和信息化委员会、上海市临港地区开发建设管理委员会主办的“中德智能制造合作试点示范项目经验交流会”昨天在上海临港举行。首批14个中德智能制造合作试点示范项目在会上亮相,其中,“宝钢与西门子联合探索钢铁行业工业4.0”试点示范项目采用“3+1”模式,即智能装备、智能工厂、智能互联加基础设计,将打造钢铁行业的“工业4.0”企业。

 

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中德智能制造合作试点示范项目代表出席授牌仪式。薛徐婷摄

 

工信部信息化和软件服务业司副司长安筱鹏表示,正在兴起的新一轮科技革命和产业变革以信息通信技术深度应用为显著特征,推动中德智能制造合作,是两国共同应对、积极把握这一历史机遇的战略举措。为此,工信部面向全国开展了中德智能制造合作试点示范项目的申报,首批试点共有14个项目入选,包含产业合作、标准化合作、示范园区、人才培养合作等4个领域。

 

作为产业合作项目,“宝钢与西门子联合探索钢铁行业工业4.0”已经启动,宝钢集团有限公司和西门子德国有限公司正在开展合作。宝钢运营部高级经理沈立明说,在中国经济新常态下,钢铁工业已进入“寒冬”。宝钢是中国钢铁行业的领军企业,同样面临劳动力成本上升、流程设计待优化、信息化管理水平不高等痛点。在此背景下,与德国企业联合研发面向钢铁行业的智能制造技术与集成应用,对推动钢铁行业转型有很大意义。

 

合作项目自去年8月启动,计划2020年完成。宝钢与西门子共同组建了“联合探索钢铁行业工业4.0”团队,采用“3+1”模式进行研发——底层是智能装备,中层是智能工厂,上层是智能互联,还有一环是基础设施。两家企业从该模式出发,设立了智慧营销、系统化节能、产线级节能等12个研发方向。

 

此外,双方在工信部智能制造示范试点项目“宝钢热轧1580智能车间”的支持下,研究数字化工厂仿真、工业大数据等8个先导课题。西门子中央研究院总监陈江宁说:“西门子在工业流程方面的理念是:一体化运营、全数字化管理。我们希望宝钢新厂房从设计开始,就合理利用数据,实现设备数据、生产数据、工艺数据的全透明化管理。这会给今后的运维带来很大效益。”

 

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陈江宁发表演讲。薛徐婷摄

 

据介绍,项目执行过程中产生的知识产权,由宝钢、西门子共享。双方设立了短期、中期、长期三个阶段的目标。短期目标是建成“1580智能车间”;中期目标是在2017年形成钢铁行业“工业4.0”框架;长期目标是建立产业联盟,向我国其他企业输出“工业4.0”理念下的商业模式。

 

陈江宁还表示:“随着与宝钢合作的不断深入,我们发现‘工业4.0’不只是软件与硬件的革命,还包含人的观念变革。因此在接下来的合作中,我们会更多地关注企业文化的交流。”他以西门子旗下的安贝格公司为例,指出该公司员工每年提出的合理化建议占整个西门子的70%。安贝格公司让员工深度参与更新设备的过程,提升了员工发现问题、解决问题的能力。

 

求问都有什么网卡兼容TwinCAT?

TwinCATroger 回复了问题 • 2 人关注 • 1 个回复 • 85 次浏览 • 2016-09-02 21:02 • 来自相关话题