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★菲尼克斯電氣中國公司

隨著全球經濟和技術的快速發展，智能化已經成為工業發展的趨勢和方向。在過去幾年中，智能化技術在工業領域得到了廣泛應用，如工業機器人、智能傳感器、物聯網、云計算等。這些技術的應用不僅提高了生產效率和質量，同時也降低了生產成本以及減少了資源浪費，為企業的可持續發展提供了新的機遇。同時，智能化技術還可以助力企業實現數據化、數字化、智能化的生產管理。

1　項目介紹

某大型鋼鐵廠的智能車間項目投資約200億元，計劃建設6個生產分廠和研發中心等。該項目分為多個階段，第一階段規劃了一個包含多個工藝段的車間，涉及約4000臺設備組網。現場網絡部署需要滿足以下需求：

（1）建立分廠的工業骨干網絡，滿足現有業務流量需求的同時，需預留未來數據采集、無線覆蓋接入等流量空間。

（2）實現OT與IT的融合對接，同時保證數據通訊的穩定性、可靠性和安全性。

（3）整體網絡需要具備可靠性、冗余性和主流工業協議的兼容性。

（4）網絡設備需要考慮現場工業設備接口和協議的兼容性。

（5）網絡架構需要考慮防攻擊、邊界物理和網絡安全設計。

（6）引入預測性維護系統，以提高設備的可靠性和穩定性，降低系統維護成本和生產停機時間。

從需求上可看出，此網絡在設計方面需要綜合考慮的因素較多，設計難度較大，主要體現在以下幾個方面：

（1）網絡節點較多（高達4000多個節點需組網），因此在設計過程中需要考慮到網絡的可靠性和穩定性，避免出現單點故障和網絡阻塞等問題。

（2）龐大的網絡面臨的安全問題。如數據加密、訪問控制、入侵檢測等，網絡設計需考慮如何在保證IT與OT融合的同時保障數據的安全性和機密性。

（3）如何最大程度地降低此大型網絡的后期維護成本，如系統的拓撲顯示、系統的IP分配與管理、異常發生時的快速定位與可追溯性、網絡運行的詳細日志記錄以及系統的預測性維護等。

2　網絡通訊系統

綜合客戶的設計需求，菲尼克斯充分考慮網絡規模、設備分布、通信要求等方面，將整體網絡劃分層級，分別為：核心層、匯聚層、接入層。其中接入層配置環網，匯聚層雙鏈路上聯，核心層選用萬兆交換機互聯互通，以確保整體網絡的可靠性和穩定性。整體配置包括核心層交換機采用三層交換機，配置VRRP、OSPF等協議；匯聚層采用雙鏈路形式，將接入環與2臺核心建立主備2條鏈路，實現了接入環與核心交換機之間的多冗余機制；同時接入層配置不少于15個環網用于連接現場設備。工廠網絡通過菲尼克斯工業防火墻接入IT系統，實現了IT與OT融合的同時又保證了系統的安全性，同時部署菲尼克斯工業以太網在線監控和診斷專家系統，為整個系統提供全面的實時監測、預測性維護及故障診斷功能。

圖1  工廠網絡架構

菲尼克斯工業通訊產品在工業領域有著廣泛的應用。工業交換機作為一種高可靠性、高性能的網絡設備，它可以滿足工業生產環境對網絡通信的各種需求。菲尼克斯工業交換機擁有一體化工業級設計，有抗干擾性能更高、工業環境應用更穩定等特點，支持DIN導軌安裝或者機架式安裝、PT直插接線。其中非管型交換機擁有著超薄式設計，厚度最小可達22.5mm，更加節省柜內空間。管理型交換機支持多種鏈路冗余技術、LLDP鏈路層發現協議、虛擬局域網技術（VLAN）、網絡風暴抑制功能，廣播抑制和多播抑制，可通過瀏覽器、命令行方式進行參數設置，支持通過SD卡的方式進行參數備份，同時支持多種工業以太網協議，擁有多種認證，可滿足各種場景的應用如制造業、能源、交通、水處理等。

工業信息安全方面，菲尼克斯電氣提供從單個產品、服務到整體解決方案的一體化信息安全方案。網絡安全深入貫穿產品和解決方案的整個生命周期，從安全產品開發過程到構建現代信息安全功能，從提供客戶建議到創建安全網絡方案，再到專業漏洞管理系統（PSIRT），涵蓋各個階段。菲尼克斯電氣是德國第一批通過IEC62443-4-1和IEC62443-2-4認證的公司之一，2018年通過基于IEC62443-4-1標準的設計安全產品研發認證，2019年通過基于IEC62443-2-4標準的安全自動化解決方案設計認證，2021年獲得IEC62443-4-1ML證書，是目前為止頒發的IEC62443級別最高的網絡安全證書。

同時，隨著工業以太網設備越來越多，網絡結構越來越復雜，很多時候客戶面對網絡問題一籌莫展，菲尼克斯推出工業以太網在線監控和診斷專家系統。菲尼克斯工業以太網在線監控和診斷專家系統可以以圖形化的方式展示網絡拓撲結構，在線監控網絡拓撲切換、網絡斷線等問題，以可視化的方式顯示網絡流量占比、單播/組播/多播/廣播等數據包類型等，還可實時監測網絡異常事件并及時報警，例如冗余電源故障、網絡風暴等，支持數據庫記錄并保存網絡數據，便于查詢故障發生時的網絡信息。在擁有強大的診斷功能的同時系統基于網絡歷史曲線及大數據分析，提前預知網絡風險，以實現預測性維護。

菲尼克斯工業以太網在線監控和診斷專家系統采用網絡可視化邊緣控制器，支持工業現場安裝，控制器采用開放式系統架構，支持多種語言聯合開發，例如IEC61131/C/C++/C#等，網絡可視化邊緣控制器原生支持云連接，可直接通過MQTT協議與私有云或主流云平臺對接，輕松實現“云邊端”一體化，支持WEB訪問，可通過無線平板、手機等設備無線巡檢。

圖2  菲尼克斯工業以太網在線監控和診斷專家系統界面圖

3　結語

菲尼克斯電氣集團是德國工業4.0的重要參與者和推進者。作為來自德國的隱形冠軍、德國工業文明的優秀代表，菲尼克斯電氣中國公司自創建之初，就致力于與中國產業共同發展，用心鋪設中德產業合作的橋梁，是中德合作的典范。自2014年菲尼克斯電氣中國公司正式發布智能戰略，成立菲尼克斯電氣智能戰略推進聯盟以來，一直積極地推動并聯合與產業相關的政府部門、科研院所、優秀企業代表等，致力于建立真正全連接的產業生態，將擁有工業文明共同理念的參與者聯合起來，成為未來整個自動化產業、制造業和工業文明的產業生態建設的驅動者和踐行者。

摘自《自動化博覽》2023年5月刊