工业互联网-网络技术改造方案

工业互联网网络技术改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 目 录成熟技术/工厂内网改造ADNET智能工厂网络建设方案 1基于工业PON的智慧工厂内网建设 16智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案 29基于免授权频谱的LTE工业无线互联专网宽带方案 36基于免授权频谱的LTE工业无线互联专网窄带方案 54智能工厂IT/OT网络融合 80成熟技术/工厂外网改造SD-WAN解决方案 90基于SD-WAN的工厂外部网络互联及安全解决方案 99前沿技术/工厂内网改造基于TSN技术的工业网络解决方案 112基于TSN与边缘智能的设备监测及管理解决方案 120基于5G蜂窝技术的工业传输解决方案 127基于5G和人工智能技术的产品质量实时检测和优化方案 139前沿技术/工厂外网改造5G工业互联网汽车企业外网改造集成应用项目 151面向服务可保证的工业互联网网络切片 163前沿技术/其他工业领域IPV6改造升级解决方案 173企业IPv6升级解决方案 187ADNET智能工厂网络建设方案新华三技术有限公司网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造1概述本方案旨在为制造业企业提供一套可靠的智能工厂网络建设方案。方案利用工业物联网、SDN、IPv6等新兴技术，实现工业场景下人员、设备、物料、产品的海量互联，为工厂实现智能生产、协同制造和柔性制造提供网络支撑。1.1背景近年来，制造业企业正面临着供给侧改革的时代命题，转型升级的需求十分迫切。而传统工厂IT系统与工控系统间的通信往往存在较多障碍，具体表现在：1)工业控制协议标准各异，各厂家设备难以互通；2)工业现场存在很多信息孤岛，网络性能亟待提高。这些问题导致现有工厂网络无法支撑数字经济下的制造业生产运营模式。随着物联网、SDN、IPv6技术的日渐成熟，ADNET智能工厂网络建设方案（ADNET即应用驱动网络）的提出，帮助制造业企业完成工厂网络的升级改造。1.2实施目标1)实现工厂有线无线网络全覆盖，解决信息孤岛的问题。有线网络的时延、稳定性达到工业现场要求，同时兼容IPv4/IPv6双栈。无线网络根据工厂实际需求支持Wi-Fi、—1—RFID、4G/5G、NB-IoT、LoRa、ZigBee、蓝牙等信号中的一种或几种，同时无线信号质量高，满足场景要求。2)对主流工业现场总线协议进行适配，实现生产网和信息网的双网融合互通。3)基于SDN技术部署工厂网络，向上对接工厂云平台，实现网络设备自动配置和业务快速部署，提升产线效率，减少人力投入。4)建立工厂网络安全保障系统，实现人、机、物、系统的可控接入和行为审计，保证工厂的设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全。1.3适用范围该解决方案适用于制造业工厂内网络的建设和升级改造，建设完成后的网络能够满足工厂柔性制造、协同生产、个性化定制的业务需求。1.4在工业互联网网络体系架构中的位置该解决方案属于工厂内网络建设方案，在下图中所处位置包含1、2、3、4、5、6六部分的内容。—2—2需求分析图1工业互联网互联示意图传统的工业网络存在以下问题：1)工业现场总线协议标准各异，不同厂家设备无法互通，存在数据孤岛；2)数据孤岛的存在使设备状态无法得到有效监控，进而导致企业需要在 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 排产、物料配送、生产协同、质量控制、设备检测等环节投入大量的人力物力；3)传统IP网络采用尽力而为的传输机制，时延不稳定且存在丢包，因此在一些时间敏感型场景无法使用；4)网络安全问题层出不穷，工控设备普遍不打补丁，一旦设备联外网就容易遭到入侵攻击，导致工厂大面积瘫痪；5)生产区域的任意设备都可以随意接入网络，缺乏接入管控；智能工厂网络的建设目的是构建连接人、机、物、系统的高性能泛在互联网络，实现工业数据的充分流动和处理。为此，—3—需要解决如下问题：1)传统工控协议的适配问题2)设备物料的泛在接入问题3)数据稳定低时延传输问题4)网络智能化运维管理5)网络安全可控、终端准入3解决方案3.1系统架构图2工厂内网络逻辑架构图ADNET智能工厂网络的建设内容位于上图红框中，含边缘接入层、核心汇聚层和安全保障三部分，其中：·边缘接入层：主要负责边缘设备接入、数据采集与边缘计算。边缘接入设备应支持海量物联网传感器和智能硬件的快速接入和数据服务，满足物联网领域的设备连接、协议适配、数据存储、数据安全、数据分析等服务需求。·核心汇聚层：本次方案采用SDNVxLAN技术 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 工厂内核心汇聚层网络，网络可以抽象为物理承载网络和面向应用的Overlay网络。这种网络设计方式的两大特征是柔—4—性网络和软件定义。柔性一方面指网络架构灵活，业务部署（应用/终端）与位置无关；另一方面指以人和业务应用为核心，所有网络资源根据人和业务需要移动。软件定义指基于SDN思想将网络控制平面集中，实现网络设备的自动部署、业务按需交付，将运维人员从重复劳动中解放出来。图3核心汇聚层网络的物理/逻辑架构·安全保障：网络安全是工厂业务平稳运行的基础，ADNET智能工厂网络方案具备完整的安全防护体系，包括安全态势感知、网络安全保护、数据节点接入控制，保证工厂IT基础设施安全、业务系统安全、资产安全。3.2网络拓扑设计根据上述系统架构，工厂实际部署的网络拓扑如图4所示，根据地理位置可分为生产车间网络、办公接入网、核心汇聚网三部分：—5—图4ADNET智能工厂网络实际拓扑图1）生产车间网络·边缘接入在工业现场，数据接入方式有：传感器类型的离散点(IO信号，模拟信号)采集接入、设备工业现场总线协议或专有协议类型接入和网络TCP/IP直接数字接入。目前，ADNET智能工厂网络方案涉及的工业物联网设备已具备GB/T33474-2016感知控制域中所列举的数据接入能力。图5数据采集接入示意图针对工业协议的适配，方案采用工业网关完成不同现场总线的接入转换，实现Modbus、PROFIBUS、EtherNet/IP、SIEMENSS7Comm等协议的接入适配。—6—另一方面，方案也支持采用OPCUA的采集接入方式。OPCUA技术为工业生产各系统提供了统一接口标准。其中，OPCUA服务器和客户端是系统实现数据采集的核心环节。OPCUA服务器负责对底层设备数据进行采集封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使多个客户端以统一的方式获取不同底层设备的数据。OPCUA客户端的主要功能是搜索并连接OPCUA服务器，浏览服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据和历史数据，并通过客户端显示界面将数据以图表的形式展示给工作人员。·工业以太网工厂生产线上温湿度、电磁干扰等环境相对复杂，方案拟在接入密度较高的区域采用机架式工业交换机，交换机支持ModbusTCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP等工业以太网协议。另外，在一些特定场景将卡轨式工业交换机直接安装在电器柜，交换机从电器柜内取电。工业交换机按照产线做RRPP环路部署。按照这种部署方式，关闭生产线上的任一台工业交换机，除直连到该交换机的设备网络不通，其他网络不受影响。·工业无线网WLAN网络：针对工业无线网的需求，方案基于802.11ac技术，采用无线控制器AC+瘦AP的部署方式构建无线网络。其中，Wi-Fi信号质量和漫游问题是部署过程中的两个难点。为保证WLAN网络的信号覆盖质量，需要依据实际环境设计交付方案并进行测试，最终完成部署。空旷区域部署室外AP，用POE供电盒供电。对信号要求无死角的区域，部署放装AP。针对漫游问—7—题，可提供二层漫游、三层漫游、跨AC漫游三种方案，其中跨AC漫游的最大延迟时间为50ms。LPWAN网络：在NB-IoT领域，方案拟提供NB-IoT/eMTC/E-GPRS基站实现物联终端接入，通过内置LPWAN通信模组将终端联网。管道方面，基站部署方式灵活，有三种模式可供选择（独立部署、保护带部署、带内部署）。在LoRa领域，方案提供LoRa基站、终端、模组，其中基站的有效覆盖范围为2~3KM，支持10万终端并发，用于工厂电力抄表，水力抄表及温湿度环境监控等远距传输控制。方案支持超高频无源RFID，用于仓储物流定位场景。2）办公接入网·办公有线由于办公楼宇规模不一，配线间数量不定，所以每个配线间接入设备数量在2-X台不等。为了节省光纤，简化管理，接入层设备采用IRF2多虚一技术，将每个配线间的设备虚拟化一台设备后通过10G带宽上行至汇聚层设备。·办公无线在建筑物内,每层建筑楼根据使用功能部署AP数量，方案拟部署的无线AP支持最新无线传输802.11n协议，提供理论上300M传输带宽。为建设高可靠、高性能的无线网络系统，室内无线AP采用POE供电。通过在每层楼部署千兆POE交换机，为无线AP提供千兆接入的同时，还能通过以太网线对无线AP供电。无线系统采用瘦AP（FIT）+无线控制器部署方案。无线控制器部署采用在核心交换机上部署1块无线控制器功能板卡，—8—实现无线网络系统的高可靠性。3）核心汇聚网络整个工厂网络由核心、汇聚、接入三层设备组成，再搭配园区SDN控制器。其中接入层设备部署在生产线附近，而汇聚、核心设备之间则构建overlay网络，同时采用分布式L3网关并通过可靠机制来抑制广播风暴。接入层设备采用不同的VLAN进行接入位置的标识，通过TRUNK的方式上行到汇聚层，汇聚层完成VLAN到VxLAN的映射。图6工厂核心汇聚层VxLAN网络示意图该网络方案的核心是SDN控制器。所有网络自动化上线，接入管理，用户组/策略管理，业务配置管理，网络运维管理全部在控制器上通过直观的图形化界面完成。同时通过开放控制器接口，允许第三方进行业务定制开发，满足用户个性化、定制化、可编程的需求。该网络方案的另一大特性是实现有线无线一体化管理。传统有线/无线网络存在管理不统一、转发不统一、策略控制不统一的问题(比如跨L3网段漫游要么支持不了，要么需要在AC之—9—间打隧道,增加成本),而方案通过SDN控制器极大解放了AC和AP，真正实现有线无线的统一管理、统一转发、统一认证和统一拓扑展示。4）整体安全保障系统设计·终端接入管控在工厂内部署一套终端准入控制系统，与防病毒软件、WSUS补丁管理相配合。防毒软件、WSUS负责专业杀毒、补丁下载，终端准入控制系统采用接入层802.1x部署方案，与交换机配合实现网络接入控制、桌面管理、用户行为审计和终端安全管理。·网络安全设计工厂网络安全涉及到南北向安全防护和东西向安全防护。网络部署中的安全资源可以是软/硬件安全资源，也可以是虚拟化的安全资源。南北向安全防护：负责处理南北向的业务流量，涉及DDoS、IPS、防火墙等安全设备，以及负载均衡设备做流量分配。每个安全服务模块中涉及硬件安全设备和软件形态NFV设备。对于不同等级的用户分配不同的安全资源，高等级用户分配硬件安全资源，低等级用户分配软件形态NFV安全资源。一个开启全功能安全服务的互联网租户与半安全域交互的流量会依次经过DDos、IPS、LLB、防火墙、WAF等安全设备，最终来到安全域。东西向安全防护：东西向服务链负责工厂内部不同安全域安全流量处理。—10—·安全态势感知为了做到对工厂网络风险的主动发现和提前防御，工厂需要采集安全日志、网络流量、用户行为、终端日志、业务数据、资产状态等数据。结合外部情报，通过安全态势感知系统对攻击趋势分析、异常流量判断和终端行为检测，实现“安全趋势可预测”；通过对未知威胁的智能检测识别、流量/行为/资产的状态监控和多维度风险分析，实现“安全风险可感应”；通过对攻击溯源取证、云网端协同联动、工单流程闭环处理和设备策略自适应调整，实现“风险行为可管控”。5）工厂网络整体IPv6升级思路目前大量工厂网络都是IPv4网络，随着IPv6逐渐部署，很长一段时间是IPv4与IPv6共存的过渡阶段。过渡阶段所采用的过渡技术主要包括：·双栈技术：双栈节点与IPv4节点通讯时使用IPv4协议栈，与IPv6节点通讯时使用IPv6协议栈。·隧道技术：提供了两个IPv6站点之间通过IPv4网络实现通讯连接，以及两个IPv4站点之间通过IPv6网络实现通讯连接的技术。·IPv4/IPv6协议转换技术：提供了IPv4网络与IPv6网络之间的互访技术。对于小型工厂，方案推荐通过IPv4/IPv6双协议栈部署IPv6网络。这种方式可以同时提供IPv4应用和IPv6应用，但缺点是需要所有网络节点支持IPv4和IPv6路由协议。因此对于大型旧工厂，升级工作量大。—11—如果企业需要跨越IPv4网络连接不同的IPv6域，则需要通过隧道技术部署IPv6。这种场景需要设备提供IPv6DNS查询功能，同时边界路由器需要支持6Over4隧道。这种方式投资和风险很小。缺点是使用隧道使网络拓扑复杂，不易管理，出现问题难以定位。另外，由于使用隧道封装，对转发效率有一定影响。3.3功能设计1)设备物料的泛在接入能力智能工厂网络提供多种OT终端接入能力，包括以太网有线接入、无线接入（Wi-Fi/IEEE 802.15.4/ ISA100.11a/ WIA-FA/IoT/LTE/5G/蓝牙等）、PON接入；支持Modbus、PROFIBUS、EtherNet/IP等主流工业以太网协议，提供海量终端的接入能力。2)无阻塞、易扩展的网络架构设计基于SDN的（ACCESS/LEAF/SPINE）三级网络架构，构建无阻塞工业网络。根据企业接入能力不同选择两级或者三级架构部署，每层网络可以横向无限扩展，配合SDN实现扩展自动化，减少人力投入。3)自动化部署通过SDN控制器对网络设备分类，不同的设备采用和角色对应的配置文件，设备初始上线后，根据拓扑连接关系、角色从控制器下拉基础配置文件，保证设备实现批量自动上线，减少管理员操作。4)一体化运维通过控制器实现端到端业务编排，并配合工业控制系统实—12—现网络资源的按需调度；通过控制器对网络设备进行监控，建立统一的拓扑、统一的管理平台。图7ADNET智能工厂网络能力特征3.4安全及可靠性·高可靠工厂网络建设对设备可靠性要求很高。一旦网络系统运行不正常或者出现故障中断将直接导致工厂业务的中断。因此需要从设备自身和网络架构角度确保网络系统的稳定性。从设备自身角度，核心汇聚层设备采用多级交换架构设备，利用引擎、交换矩阵关键部件的分离提高物理可靠性；从架构方面，两台物理设备利用智能虚拟化或者堆叠技术提高故障的切换速度。·系统化的安全防护工厂网络安全保障方案不应该是孤立的设备堆砌，而是从工厂的实际情况出发构建系统的安全防护体系。在此体系中，使用者、生产设备、产品、个人终端、网络设备、安全设备、态势感知系统充分协同，在安全事件出现前极力规避、预警，出现时能够及时发现，并具备依据事先制定好的应急方法进行—13—自动化处理的能力，最后输出完整的安全防护日志报表，供管理人员查看、分析并进行策略调整。4成功案例本解决方案已经在中车株机轨道交通车辆转向架智能制造车间项目中应用。转向架作为轨道车辆最为重要的零部件之一，起着导向、支撑车体、减震运行的作用，对轨道交通产品的安全平稳运行至关重要。基于ADNET智能工厂网络方案，为中车株机公司转向架车间建设互联网络，具体建设情况如下：1）核心层设备采用高性能网络交换机，做横向虚拟化。汇聚层将生产网和办公网的交换机配置模块进行堆叠，将汇聚交换机虚拟化为一台。接入层办公网保持不变，生产网增加工业交换机。2）生产线上，采用工业交换机按照产线做环路部署。无线生产网部署满足工厂电磁环境的室外AP，配置定向天线。3）安全方面，在核心汇聚与生产区域之间部署一对防火墙，保护生产区域，同时将服务器区设置为防火墙DMZ区。另外，在服务器区部署堡垒机，实现对所有服务器及交换机操作进行监控、管理以及回溯。4）软件层面，增加管理软件，对工厂网络设备进行统一监控管理；增加无线管理组件，实现整网无线统一管理；增加接入认证组件，对生产网终端接入进行认证；增加IP地址管理软件，对现网IP地址进行规划。通过互联网络的建设，中车株机转向架车间网络的稳定性大大提升，设备故障切换时间由秒级提升为毫秒级。车间无线—14—信号的覆盖状况大大提升，保证AGV小车等无线需求高的工业设备平稳运行。高可靠网络为中车株机转向架生产业务提供了保障，大大提高了工控系统的生产效率。在安全性上,工业安全软件统一接入和管理信息点，并监管工厂所有网络设备。同时加入网络安全设备，有效减少了工厂网络病毒木马造成的工业数据丢失、泄密风险。基于工业PON的智慧工厂内网建设中国联合网络通信有限公司江苏省分公司网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造1概述1.1背景2017年10月30日，国务院常务会审议通过《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》。《意见》指出，要深入贯彻落实党的十九大精神，以全面支撑制造强国和网络强国建设为目标，围绕推动互联网和实体经济深度融合，增强工业互联网产业供给能力，持续提升我国工业互联网发展水平，形成实体经济与网络相互促进、同步提升的良好格局，推动实体经济转型升级，打造制造强国、网络强国。工业互联网是新一代信息技术与工业系统全方位深度融合的产物，是新工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石。其本质是以机器、原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实施传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革，推动、保障工业智能化的发展。工业互联网可以重点从“网络”、“数据”和“安全”三个方面来理解。其中，网络是基础，通过物联网、互联网等技术实现工业全系统的互联互通，促进工业数据的充分流动和无缝集成。在工业互联网网络建设中，需要围绕工业企业的业务发—16—展需求，充分发挥我国在信息通信领域的优势，借助工业企业内网和工业企业外网的更新换代，加快新技术的部署应用，打造国际先进的工业互联网网络基础设施，全面提升工业企业的网络化水平。随着无源光网络（PON）技术在电信、电力行业的广泛应用，工业PON网络已成为车间数据采集组网技术的一种全新的可选方案。工业PON解决方案是基于《意见》中工业网络指导意见，将先进成熟的光通信PON技术应用于制造领域的数据采集、监测、生产控制等场景，建设制造车间生产制造自动化和智能化的基础高速通信网络，为企业改造升级调整最终迈向智能制造打下信息化基础。1.2实施目标工业PON网络系统是在对传统工业交换机系统研究基础之上，结合无源光网络通讯技术的发展，推出的一套安全、可靠、融合、先进的综合解决方案。工业PON系统是应用在工业环境的全光PON网络系统，是采用光纤传输技术的接入网，泛指端局或远端模块与用户之间采用光纤或部分采用光纤做为传输媒体的系统，采用基带数字传输技术传输双向交互式业务。工业PON可以实现现场设备与上层实体（如服务器、SCADA系统等）的连接，支持数据采集、生产指令下达、传感数据采集、厂区视频监控等功能。工业PON网络是各种信息集成的基础通道，是智能制造纵向集成的基础，基于PON技术的工业网络平台将产品设计研发、制造生产、销售、物流、售后各工业化环节融合集成，最终实现企业CRM、MES、ERP、SCM、SCADA—17—等系统信息的统一控制和管理。1.3适用范围根据不同企业工厂的实际网络建设情况，工业PON解决方案适用于各类新建车间和生产线智能制造的信息化建设，也适合于自动化程度不高的企业进行自动化、数字化改造，也可针对自动化程度较高需要开展有智能化和新业务场景的网络建设。1.4在工业互联网网络体系架构中的位置图1工业互联网互联示意图本解决方案主要应用于工厂内部网络建设，主要适用于1、2、3、4、5方向，实现底层设备数据传输及数据采集，可实现高可靠、高安全、高效率的组网，支持提供工厂内有线网络、无线网络，是各种信息集成的基础通道，是智能制造纵向集成的基础。2需求分析工业互联网网络包括工厂内部网络和工厂外部网络，工厂内部网络实现工厂内生产装备、信息采集设备、生产管理系统—18—和人等生产要素的广泛互联；工厂外部网络实现生产企业与智能产品、用户、协作企业等工业全环节的广泛互联。《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》提出了工业网络指导意见。工厂内网络改造的目标是在2018-2020年三年起步阶段，初步建成低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，到本世纪中叶，工业互联网网络基础设施全面支撑经济社会发展。工厂内网络改造的方向是推进工业企业内网的IP（互联网协议）化、扁平化、柔性化技术改造和建设部署。工厂内网络改造的模式是支持工业企业以IPv6、工业无源光网络（PON）、工业无线等技术改造工业企业内网，以IPv6、软件定义网络（SDN）以及新型蜂窝移动通信技术对工业企业外网进行升级改造。由于我国工业企业发展水平差异较大，相当一部分企业特别是中小企业的数字化、网络化基础薄弱，欠缺发展智能化生产、网络化协同等新模式新业态的基础环境，因此开展工业企业内网络改造是首要任务，也是长期任务。通过分步骤、分行业推进IP化、扁平化、柔性化的技术改造和网络部署，逐步推进打造先进制造的基础生产网络环境。目前，部分工业企业已经计划或正在实施工业企业内网改造升级，在智能设备与业务分析平台之间建立网络联网，从而实现智能设备指令数据远程下发控制及监控数据采集能力。在工厂内网络方面，目前工业以太网是工厂内主流的信息承载技术，但工业以太网在厂区和车间的局限性也日益凸显：1）带宽提升困难；—19—2）大量铜线部署和重复投资导致建设成本高；3）能耗和空间占用高，需要大量电力、空调供应和机房占地；4）需要较高的业务支撑能力，WLAN网络、语音网络、办公网络，多网并行，网络维护复杂，对企业的业务支撑能力要求高。5）传统工业现场总线、工业以太网等网络技术、标准和产品主要集中于少数发达国家。近年来，我国提出了工厂自动化以太网（EPA）、工业过程/工厂自动化无线网络（WIA-PA/FA）等技术，但产业化和商用水平低。同时，国际产业界也正在关注研究时间敏感网络（TSN）、工业软件定义网络（SDN）等新技术。随着PON技术在电信、电力行业的广泛应用，工业PON网络已成为车间数据采集组网技术的一种全新的可选方案。工业PON网络利用多种接口及协议实现底层设备数据传输及数据采集，可实现高可靠、高安全、高效率的组网。工业PON继承PON网络大带宽、扁平架构、业务融合等技术优势，并在安全、可靠、易维、接口、环境适应等方面有所增强，全面适配工业制造现场要求，成为工业级网络连接的优选方案。3解决方案3.1方案介绍工业PON处于车间级网络位置，通过工业级ONU设备实现光网络到设备层的连接，通过光分配网络（ODN），实现工业设备数据、生产数据等到OLT的汇聚，最终通过OLT与企业网络—20—的对接，从而实现产线数据到工厂/企业IT系统的可靠有效地传输。工业PON是车间级网络，对生产线设备（如数控机床）有线网络覆盖，同时通过对无线网络承载实现车间有线无线一体化网络覆盖。工业PON针对工业各类应用场景，满足工业场景下的各种工业控制总线场景要求，提供工业场景类型接口。可为工业控制、信号量监控、数据传输、语音通信、视频监控等各种业务应用提供支持。各业务流通过PON系统上行后，由OLT汇聚上联GE/FE接口连接到工厂级网络，实现智能制造MES、ERP、PLM等系统和下层物理设备的对接，从而实现工业控制、数据采集分析、视频监控等功能。3.2系统架构图2工业PON网络整体系统架构3.3网络拓扑设计工业PON在工业场景下最常用的组网方式是基于TypeD保护方式的手拉手保护链型组网和星型组网，实现全光路保护，提高了车间通信网络的可靠性，为制造企业的通信可靠性提供—21—了坚实的保障。具体的组网方式可根据工厂实际情况进行选择。工业PON手拉手保护的链型组网示意如下图：图3工业PON手拉手保护的链型组网示意图工业PON星型组网示意如下图：3.4功能设计图4工业PON手拉手保护的星型组网示意图根据不同企业工厂的实际网络建设情况，工业PON解决方案适用于各类新建车间和生产线智能制造的信息化建设，也适合于自动化程度不高的企业进行自动化、数字化改造，也可针对自动化程度较高需要开展有智能化和新业务场景的网络建设。—22—1）新建厂房、生产车间，或新增生产线，需对机床、机器人、流水线等设备部署信息自动化采集点。在这种场景下，生产车间需要新建，这种场景的特点是车间内没有以太局域网，需要重新部署网络。在这种场景下可以完全通过工业PON网络搭建车间内的数据采集网络，工业级ONU直接连接机器或数据采集设备。通过事先规划/现有的智能设备/流水线位置，规划布线及ONU放置位置及数量。通过厂区内工业PON系统的部署，实现厂区工业生产信息或用户信息的采集、控制业务的接入承载，为工业生产中的采集控制终端与业务层的各个应用系统提供安全可靠的通信连接。图5工业PON应用场景1示意图工业生产网主要做提取相关数据和承载相关软件用途，需要网络覆盖范围广、网络设备可提供多种接口能力、带宽高、扩展性强、兼容性好。因此，通过选用工业PON网络，采用点到多点结构，在网络上可以提供多种业务并集成无线覆盖。通过PON组网可实现冗余切换，保证了网络的高可用性和设备的健硕性。2）原有车间仅部署了近端工业机床信息化操作，尚未将相—23—关数据及控制指令远程化及自动采集化，车间生产线需要进行加强自动信息化能力。这种场景的特点是车间生产线已有现场到工位的信息化网络，但需要将数据采集到远端进行监控。在这种场景下可以通过工业PON网络搭建车间内的数据采集网络，将分散在各个工位的信息化数据进行汇聚。由于各个工位/产线已有近端的以太网络，因此可通过ONU与车间内近端布设的以太网交换机连接，实现数据的汇聚。图6工业PON应用场景2示意图3）厂区车间内已部署了工业以太局域网，但是其他拓展业务，如能源监控、视频安防、WiFi覆盖等需要部署，需要对多种应用进行网络安全隔离（物理及逻辑双重）。这种场景的特点是车间生产线已有信息化网络，辅助设备及业务需要重新部署网络，在这种场景下可以通过工业PON网络连接新的业务设备，并与原有的工厂工业以太网隔离。—24—图7工业PON应用场景3示意图基于工业PON，提供设备联网、视频监控、能耗管控等应用。1)设备联网支持提供RS232/RS485、GE/FE工业现场通信接口，实现PLC设备、数据采集器、工位前置机等的I/O控制、数据采集、设备集成，以及基于条形码/RFID的现场数据实时采集。2)能耗管控支持重点用能设备、车间级、工厂级、企业级的水、电、气等能源的监控，通过智能电表、水表、流量计等智能仪表的新增与改造、工业总线的连接与上传，实现能耗的实时监控与管理。3)安防监控通过智能摄像机对前端视频图像信号的采集处理，实现对远程图像的实时监控、录像、回放、联动报警、监控策略制定、应急指挥等应用，全面满足交通、水利、油田、银行、电信等各个领域的安防监控的需求。3.5安全及可靠性1）组网安全为了提高网络可靠性和生存性，工业PON系统中采用光链—25—路保护倒换机制。工业PON光链路保护可采用TYPED方式（双OLT/单OLT双PON口，ONU双PON口，主干光纤、光分路器和配线光纤均双路冗余）。具体实现方式包括OLT同一PON板内同一PONMAC芯片（一个PONMAC芯片支持多个PON口的情况下）、同一PON板内不同PONMAC芯片、PON板间和不同OLT间的PON口保护等四种。这种方式支持不同的ONU分别工作于同一/不同OLT的主用和备用PON接口。组网方式可采用星型网络或者链型手拉手保护。2）设备安全工业PON局端设备OLT的核心控制和交换模块、电源模块、管理板、上行板等关键板件冗余备份，保证设备稳定运行。当OLT主用主控板在检测到软件异常、硬件异常、拔板、网管强制命令倒换等情况下发生自动倒换，将全部业务配置倒换到备用主控板。主控板倒换时间小于50ms；支持40ms的Dyinggasp保护；工业级ONU寿命50年。3）现场环境安全工业PON系统满足各种复杂生产制造环境需要。工业PON系统为无源系统、适用于生产制造车间强电磁干扰、强振动场景，工业级ONU设备支持抗强电磁干扰达到EMC4级、抗强振动、宽高低温（－40℃～85℃）宽湿度（5％～95％），用户端口防雷6KV等可满足各种工业制造复杂环境要求。4）数据安全工业PON支持三重搅动加密，支持DHCPv4、DHCPv6、DHCPv6-PD用户认证方式，OLT支持OLT的PON接口与ONU（物—26—理标识或逻辑标识）之间的绑定功能，即特定物理标识或者逻辑标识的ONU只能在特定的PON口上注册。5）业务安全数据业务侧实现完善的数据加密功能、业务优先级保护和防攻击保护。支持多种VLAN，支持工厂各种专网隔离。4成功案例本解决方案已经在徐州重型机械有限公司进行实施。徐州重型机械有限公司占地60万平方米，建筑面积40万平方米，年制造能力15000台，是中国大型臂架机械行业标志性企业。4.1新建网络诉求图8徐州重型机械有限公司车间·满足生产作业现场可视化规划需求；·模组机床和智能设备联网规划需求；·满足智能物流、数字监控、可视化调度中心等功能需求；·生产现场将以有线网络为主无线网络为辅（布线困难地方采用无线网络作为补充）；4.2布点需求预估表1企业布点需求—27— 序号 区域名称 数据信息点位数 语音信息点位数 24GE+24POTS口ONU 4GE+4串口ONU 1 办公楼 1883 1226 79 0 2 工程中心 349 135 15 0 3 零部件分厂 372 237 12 23 4 总计 2604 1598 106 234.3新建工业PON网络优势·实现了网络扁平化全光纤组网，采用二层扁平架构，实现弹性扩容。·满足了多业务承载支持多业务接口，满足智能制造生产控制、数据采集、无线专网承载、行政办公各种应用场景。·提高了网络稳定性抗电磁干扰能力强，采用无源设备，组网简单，提高了网络稳定性。·达到了千兆高带宽实现低时延、大流量，满足承载工业控制、数据采集、无线承载等各种业务工厂实际应用需求。·增强了网络安全性通过双路光纤保护、双机热备、工业级ONU满足了厂区安全性要求。4.4新建工业PON网络预估成效表2企业布点需求 对比项 工业PON建成前 工业PON建成后 网络 区域覆盖差、网速慢 全覆盖、网速快 终端机数量 整个车间只有几台能正常使用 每个工位至少一台 MES报工方式 空闲时间集中报工 实时报工 关重件采集支持 空闲时间集中采集 实时采集 现场看图、通知支持 借阅纸质图纸、通知 可在生产现场随时查看—28—智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案中国电信集团有限公司网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造1概述1.1背景随着无源光网络（PON）技术在电信、电力行业的广泛应用，工业PON网络已成为工业数据采集领域的一种新型组网技术。PON网络是串联车间各项业务、各类生产设备与控制系统，实现信息交互等工作的基础。通过PON可以完成智能设备与业务分析平台之间的网络连接，从而实现智能设备指令数据远程下发控制及监控数据采集能力。1.2实施目标智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案旨在提供工业设备智慧互联、适配多种工业设备PLC接口的工业数据采集、工业数据分析应用与 技术方案 房产测绘技术方案施工技术方案施工技术方案怎么写多媒体教室技术方案监控系统技术方案 。包括：⚫工业PON网络：建设符合工业标准的车间网络，将智能工厂的设备联网；⚫工业数据采集：适配各种PLC及数控机床，采集设备数据；⚫工业数据分析：实现设备的预测性维护分析，设备效率分析及产品过程质量分析等。1.3适用范围本解决方案前期已经在工业互联网产业联盟第一批测试床—29—进行验证通过（测试床名称为：02工业网络互联与数据采集），该测试床将工业PON技术、工业数据采集技术及工业数据分析技术在某制造企业的发动机制造工厂进行了试点，验证了该解决方案可以适用于典型的离散制造业工业互联网场景，未来可以在离散型制造业企业进行推广应用，具有良好的可复制性。1.4在工业互联网网络体系架构中的位置图1工业互联网互联示意图本解决方案属于工业互联网网络体系架构中的智能工厂内部网络，具体对应上面架构图中的1、2、3、5种网络连接。采用工业PON网络对工厂车间生产线的所有设备进行网络互联，然后对设备进行工业数据采集，并传输到控制中心，并在控制中心对工厂设备运行状态进行展示和预测分析。2需求分析目前工厂内部网络“两层三级”技术体系和网络结构相互隔离的状况使IT系统与生产现场之间的通信存在较多障碍。—30—一是工业控制网络与工厂信息网络的技术标准各异，难以融合互通。 二是工业生产全流程存在大量“信息死角”，亟需实现网络全覆盖。同时，在工业大数据的实施过程中，企业数据源较差，尤其是对于机器设备、生产线等实时生产数据采集数量、类型、精度以及频率方面存在较大提升空间，因此对于工业数据采集网络传输的质量提出了新的要求。现有车间生产信息网常用通信技术为无线和有线通信技术，由于有线通信技术可满足未来智能设备之间双向交互、高宽带、低时延等需求，已广泛应用。现阶段有线技术有工业PON网络技术和工业以太网技术为主流技术，工业PON网络与工业以太网相比，工业PON网络技术在组网可靠性、安全性、带宽分配、维护成本、网络可拓展等方面均有优势，适合在高温、高强电等车间环境下接入使用。3解决方案3.1方案介绍智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案首先对工厂车间的工业设备，采用工业PON网络进行网络互联，然后对设备进行工业数据采集，并传输到控制中心，并在控制中心对工厂设备运行状态进行展示和预测分析。3.2系统架构智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案采用新型工业互联网网络架构，采用工业级PON网络技术实现工厂内数据采集网络和多种工业互联网协议适配，支持RS232/485串口、以太网等多种工业设备接口和通信协议。系统架构如下图所示：—31—图2智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案系统架构3.3网络拓扑设计工业PON网络通过灵活的网络配置，完成对工业设备数据采集和传输，以实现生产设备监控、信息集采、生产控制等功能。工业PON网络的拓扑结构可与各车间信息节点无缝结合，可根据需要组成多链路备份的树形结构、环形结构等传送网络。网络拓扑图如下所示：图3智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案网络拓扑1)在车间布放ONU；—32—2)将各个车间的生产设备通过网线、双绞屏蔽线连接到ONU；3)OLT汇聚管理设备部署于通讯机房，为各车间ONU提供业务汇聚和传送；4)OLT通过n*GE上联接口连接到中心机房，工业PON网络将各生产设备端口透传到网管上的管理平台，对所有设备统一管理。3.4功能设计主要系统功能包括：·车间工业互联网基础网络建设，对工厂车间生产线的所有设备，通过工业PON网络进行网络互联；·全业务通信整合能力：系统提供FE、GE、CAN、RS485、CVBS(BNC接头)等多种业务接口，满足各种业务的接入;·车间工业互联网设备数据采集建设，对设备进行工业数据采集，并传输到控制中心；·在控制中心对工厂设备运行状态进行展示和预测分析。3.5安全及可靠性·采用安全易维护设备：两套OLT最多可以组30个独立的ODN环网，可以把各业务或者站点组到不同的环网中，提供安全性；ONU设备支持远程调试、检测，不需要维护人员亲临现场。·多种保护方式提高安全性：汇聚设备OLT和ONU接入器使用单纤双向环网技术，主备链路快速切换；设备的关键模块都使用双备份，在主用板发生故障情况下，系统—33—会快速自动切换，不影响业务使用；使用主备电源供电；ONU接入器具备自交换能力，在设备两边的光纤全部断掉的情况下，这个点上的设备之间仍可以通讯。4成功案例本方案在潍柴智能工厂工业设备联网与数据采集项目中得到了成功应用。潍柴车间内设备种类繁多，各种设备接口及协议不统一，导致数据采集困难。该项目采用工业PON网络技术，在潍柴1号工厂进行智能车间改造试点，在总装车间、试车车间等8个车间部署工业PON网络，涵盖了加工、装配、试车、涂装四个部分试点整套装备系统，对420余台智能设备进行网络联网，实现了RS232/485串口、以太网等多种工业设备接口接入，并通过集成各种主流的工业协议（Profibus/Profinet、Modbus、OPCDA/UA等），为潍柴实现了各种先进制造设备的数据采集，为潍柴智能工业互联网建设打下坚实的网络基础。网络架构如下图所示。图4潍柴智能工厂工业设备联网与数据采集网络架构—34—该项目通过工业PON及数据采集技术，将制造车间产线、制造质量工艺等数据通过网络传输至本地服务器存储。工业互联网大数据平台定期远程采集到存储在服务器中的原始数据，获取之后进行对原始数据的采集、清洗并完成入库操作。通过数据采集后对螺栓拧紧的拧紧方式、参数进行分析，从扭矩、角度、斜率等结果来判断螺栓一致性，从而可以及时发现螺栓拧紧中出现的问题，降低了产品的缺陷率，提升了产线生产效率。通过该项目实施，潍柴实现了试点车间内的设备的联网及数据采集，通过利用生产数据进行预测性维护分析及产品过程质量分析等应用分析，提高产线生产效率10%，降低缺陷产品率40%，降低设备故障停机时间50%，取得了良好应用效果。—35—基于免授权频谱的LTE工业无线互联专网宽带方案华为技术有限公司网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造1概述当前行业无线网络应用中，基于Unlicensed频谱的WiFi是主流无线网络技术，但Wifi有诸多问题，制约行业无线的应用发展，比如WiFi在非视距场景下覆盖难以满足；在移动或高密场景时延不稳定；自干扰系统连接不可靠；覆盖距离短导致AP站点数量众多，选址和安装都存在困难，维护成本高等。随着LTE技术在移动宽带的广泛应用，行业逐步引入LTE技术提升网络性能，但Licensed频谱资源有限，基于Licensed频谱的LTE技术无法广泛应用，基于Unlicensed频谱的LTE技术应运而生，采用Unlicensed频谱提供LTE无线网络覆盖，兼有Wifi的组网便捷性和LTE的稳定可靠的高性能，重点解决生产业务流中的“痛点”：覆盖、连接高可靠、抗干扰，成为承载企业园区和工厂内网无线工业互联更优质的解决方案。1.1背景随着行业数字化的持续深入，工业领域对连接的诉求越来越高，虽然现场总线、工业以太以及基于Wifi、RFID等的无线技术的使用，实现了部分工业设备的连接，但更大部分的工业设备还属于没有任何连接的哑设备。据HMS公司分析，在工业领域的已连接部分，工业以太和工业无线持续发展，至2018年—36—初，工业以太新增至52%的份额（年度首次超过现场总线的42%），无线连接也以32%的增长率快速增长（但无线连接还仅占到6%左右的份额），随着工厂智能化的持续发展，工业领域对无线通信的期望越来越高。但工业厂矿园区分布零散，场景复杂，不具备建设一张无线通信大网的条件，也很难获取区域性专用通信频谱；而基于免授权频谱的Wifi技术在工业领域的应用中，逐步暴露出可靠性、安全性、稳定性、移动性等方面的不足，难以胜任更高性能的工业无线通信需求。1.2实施目标针对工业园区难以申请专用频谱，Wifi性能又无法满足需求的状况，基于免授权频谱引入高性能4G/5G蜂窝无线技术，提升工业无线网络性能，匹配工业互联业务诉求，加快行业数字化进程，助力工业领域产业升级，推进加快中国智能制造2025宏伟目标的进程。1.3适用范围eLTE-U蜂窝无线专网解决方案主要适用于：智能制造、仓储物流领域智能装备（AGV、UAV等）的无线通信、生产管理人员移动办公等业务；智能工厂、智慧医疗、无人商店等领域的机器人无线通信业务；工业园区的移动巡检、移动视频、数据回传等业务；港口码头AGV转运车调度控制、RCMS吊机检测、堆场管理等TOS（港口运营管理）业务；轨道交通生产领域的CBTC业务、PIS业务、CCTV等车地无线业务等。表1业务应用及场景特点—37— 业务应用 场景特点 各类型AGV控制通信 仓储分拣AGV：小型空旷环境，AGV密度大，网络容量要求高；工厂、仓储搬运AGV：无线环境复杂，工程复杂，移动范围较广，通信可靠性、稳定性要求高，对时延有要求 机器人无线控制通信 活动范围大小不一，移动性要求高，自主控制类机器人要求具备点对点通信能力； 工控类无线通信业务 主要承载生产网安全控制数据，要求超低时延、高可靠性，通信速率要求不高； 无线视频监控业务 摄像头分布散，距离远，走线困难的场景是优势场景；环境恶劣，要求设备支持高防护等级； 移动巡检业务 电力变电站无人巡检：要求无缝覆盖以支持机器人无人自动巡检，站内不能安装无线设备，设备仅能安装在周边。工业园区巡检：终端需支持数据回传、视频回传以及RFID等近距离无线采集能力，油气石化等特殊行业有防爆要求； 港口TOS业务 港口泊位区金属遮挡严重，堆场区面积大，巷道长，干扰多，主要可视距传输，部分场景会有遮挡，无线基站只能安装于灯塔等设施，近海场景，需抗盐雾腐蚀。 地铁车地业务 要求支持高速移动（最高支持120km/h）条件下稳定高可靠通信（CCTV业务），和无线大带宽需求（上行CCTV，下行PIS等业务）、轨旁设备状态回传要求大容量接入能力等。1.4在工业互联网网络体系架构中的位置eLTE-U无线专网解决方案主要针对《工业互联网体系架构》内的工厂内网场景，承载智能机器（如AGV等）与工厂控制系统、智能机器与智能机器、工厂控制系统与工厂云平台等之间的信息交互与通信需求。eLTE-U通信技术提供的高可靠、高性能、可移动的数据传输能力，可以减少工厂内网复杂环境下有线传输线缆的部署，适用于多种工厂内网环境的无线通信需求场景。—38—2需求分析图1工业互联网互联示意图2.1智能制造、仓储物流等AGV业务需求AGV:(AutomatedGuidedVehicle)是智能工厂/智慧仓储的重要装备，已经被越来越广泛地应用在各个行业中，不同种类AGV的应用场景差异较大，综合而言，AGV对无线通信的需求主要体现在以下几个方面：抗干扰、支持移动性，通信性能稳定(时延<100ms),分拣仓库等特殊场景要求支持较大容量（单小区支持超过100台AGV）等。2.2工业和服务机器人业务需求机器人通信业务，除了和AGV类似的抗干扰、支持移动性、稳定性等方面的需求，为实现智能工厂、智慧医院、无人商店等场景服务机器人之间的信息实时交互，还要考虑支持机器人两两之间的点对点通信，便于由当前主流的集中式控制机器人向更高级、更智能的自主控制机器人发展演进。2.3港口TOS系统业务需求—39—可以按照场景分为两大类：场景1：地面深度覆盖（AGV）场景，主要需求：移动性、小带宽、低时延、可靠连接(中低速移动：约30Km/h,时延：<100ms；带宽：下行<100Kbps；上行：100~150Kbps；高可靠性：普遍要求网络和设备冗余，保障业务的连续性)；场景2：上行大容量（CCTV&视频监控类）场景，主要特点：上行带宽要求高、低时延、抗干扰和高可靠性（低时延：<150ms，上行大带宽：单用户上行带宽典型10+Mbps，支持3~10路视频的回传和监控；抗干扰和高可靠性：优于WiFi的抗干扰的连接，需要考虑网络备份和冗余）。2.4轨道交通业务需求CCTV视频监控业务需求:1）要求每小区可同时进行上行至少2路视频传输；2）要求每路视频传输速率至多2Mbps；3）要求传输时延不超过500ms概率不小于98%；4）要求丢包率不大于1%。PIS业务需求:1）要求支持广播或组播通信；2）要求能够传输图像分辨率为标清或高清的视频，要求传输速率为下行2~8Mbps；3）要求传输时延不超过500ms的概率不小于98%；4）要求丢包率不大于1%。3解决方案3.1方案介绍eLTE-U解决方案是给企业提供的面向生产业务的工业级宽—40—带无线互联网络解决方案，包含有企业业务引擎eCore核心网，unlicense网络接入基站AirNode，接入终端CPE和可以集成到行业终端的MiniPCIe数据卡。eLTE-U解决方案主要包含有以下网元和设备：eCore核心网：eCore作为业务控制核心网络设备，为业务提供高可靠的核心接入控制和数据交换处理功能，通过SGi接口通过IP网络接入客户业务平台。基站AirNode：eLTE-U室外型基站AirNode，提供unlicense频谱的无线接入设备，AirNode采用POE供电和传输，既支持内置天线，也可以N型射频接头外接射频天线，支持抱杆和挂墙安装。CPE/MiniPCIe卡：CPE提供对应的unlicense频段的接入功能，可以和客户视频摄像头、交换设备连接，支持POE供电和IP接口传输。MiniPCIe卡可以集成到行业终端，为行业终端提供数据接入业务。网管：完成对企业无线网络设备的管理和控制，对设备进行远程维护升级和监控功能。3.2系统架构和网络拓扑eLTE-U无线工业互联网络解决方案的基本组网系统架构如下图所示：—41—图2基本组网系统架构网络整体自上而下分为三层：最上层是业务应用层，中间是有eCore核心网和基站Airnode按星型组网组成的网络层，最下层是终端接入层，业务应用层和网络层之间通过IP有线连接按照开放的API互通，网络层和终端接入层之间通过无线空口连接。eLTE-U解决方案有两种组网方式，一种是上图左边的组网：核心网+AirNodee+终端，另一种是上图中右边的组网：兼有核心网和基站功能的AirEdge+终端。两种组网方式的区别如下：表2eLTE-U解决方案组网比较 组网 核心网+AirNode+终端 AirEdge+终端 特点 AireNode连接核心网，核心网再连接应用服务器，支持跨基站切换，支持完整的QoS控制和数据路由等功能 无须核心网，AirEdge通过网口连接应用服务器，不支持跨基站切换和QoS控制等核心网等功能3.3功能设计—42—eLTE-U无线专网支持如下功能特性：在5.8GHz免授权频谱上使用LTE宽带技术，支持高速数据宽带网络接入，支持数据回传和视频监控，行业终端设备可以通过网线连接到eLTE-U的终端CPE，也可以集成MiniPCIe卡，在网络覆盖区内，提供稳定、可靠数据通信服务。·公共业务：完成对用户签约信息的管理和网元间的同步；完成用户的开机注册、关机