智能工厂的工业信息网络架构设计与实现关键要素探究

智能工厂的工业信息网络架构设计与实现关键要素探究

刘向羽

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

摘要：通过运用科学技术，构建一套工业信息化网络，确保网络通信与管理的安全性。在此基础上，论文从工厂的角度出发，针对工厂实际网络拓扑结构、建设原则和功能要求，提出了智能化工厂的智能化设计方案，并给出了适合于实际的网络结构和通信网络的实现方式。

关键词：设计；智能工厂；实现；工业；网络架构；信息

目前，我国的工业信息网络技术发展迅猛，对工业控制系统的性能要求也越来越高，为了使智能化工厂能够进行统一的管理和自动化，需要一套完善的工业信息化网络体系来支持。在生产线视角下，对工业通讯网络进行分析与设计，必须对生产线网络体系结构的重要性进行深刻的剖析。本文针对智能化工厂对工业信息化网络的要求，对企业的生产和控制层面进行了深入的剖析，从而了解其工作特性。同时，本文还对企业信息化系统的实时性、稳定性和安全性问题，给出了相应的解决办法。

一、必要性分析与设计原则

1.必要性分析

智能工厂的信息网络，是企业管理系统、控制器、工艺系统等相关的信息传输通道，是生产系统安全稳定运行的基础，因此建设一套安全、稳定、可靠的工业信息网络非常重要。

2.设计原则

智能化的工业信息化网络系统需要满足下列条件：

（1）先进性

采用行业内公认的先进技术与装备，并运用现代技术，确保系统的科学性。

（2）开放性

具有高度的开放性，才能与其它网络实现更高的互联。

（3）安全性

要保障工程师站、 PLC等设备在网络中不会遭到恶意攻击，并且能够在不同的网络中对不同级别的数据进行安全隔离。

（4）可靠性

积极采用先进、成熟的技术，备份冗余重要的零件，要有很好的容错能力。

（5）可管理性

该系统能够对网络性能进行实时监控，发现网络拓扑问题，对网络故障进行快速诊断的能力。

（6）经济性

在满足系统要求的前提下，节省投资，选择更高性价比的设备。

二、设计方案

1.网络需求分析

在智能化工厂中，通讯网络一般分为三个层面，即生产线、控制中心和生产管理区。控制中心与各生产线通过有线通信，控制中心设置操作员站、工程师站，对网络状态进行监测，并能将生产数据保存起来。此外，在生产管理区域建立管理体系，实现了与监控中心的有线、双向通信。同时，通过控制中心与企业互联网建立可靠、安全的连接，必要时对生产控制系统进行维护。

2.网络技术设计

（1）网络冗余

在工业网络中，网络冗余是保证系统安全的重要手段。作为快速反应的后备体系，它的首要目的就是减少突发事件的风险，从而有效地减少因生产过程中出现的故障而造成的损失。同时，通过各个设备和节电设备的相互联系，形成了网络。就网络故障来说，其主要分为链路和节点设施失效两种类型。为了增强网络的冗余度，增强网络的柔性和可靠性，必须对网络结构和链接进行冗余。

（2）IP规划

在工业网络规划中，正确的IP地址不仅可以减少网络负荷，而且可以为将来的网络扩充奠定基础。合理的IP地址规划是保证网络资源合理使用、保证网络正常运转的关键。在分层网络中，由于采用了多个连续地址的叠加，可以极大地减少路由表，有效地提高算法的效率。所以，在相同级别的网络中，必须设置连续IP地址。

4.网络架构设计

在网络拓扑架构的设计中，工厂内部有明显的区块，一般可分为无线覆盖层、生产管理区接入层、生产线接入层、生产线汇聚层、控制中心覆盖层。根据工厂的实际需要，该系统以环网为基础，光纤传输速度高，环状拓扑网络是单向传输，十分适用于光纤通信介质。在环状拓扑网络中把光纤作为通信介质，将大大提高网络的速度和加强抗干扰的能力。由于采用点到点通信链路，被传输的信号在每一节点上再生，因此，传输信息误码率可减到最少。工业环网示意图如下：

工业环网示意图

5.网络安全设计

按照“纵向分层，横向分区，边界控制，整体监测”原则，将网络划分为四层六个区域，进行访问控制，构建网络基本防线。其中现场设备层和现场控制层，通过工业防火墙分别横向隔离成独立的安全域，既有效地防止了来自上层网络的安全威胁，又杜绝了来自工业内网相邻设备、系统的风险威胁。在资源管理层与生产管理层之间，生产管理层的数据中心、车间监控中心与运维管理、生产管理、工业信息监控中心之间部署工业防火墙、工业网闸等安全设备，实现安全隔离与访问控制，有效阻止来自外部的非法访问。

结论：综上所述，工业信息网是保障信息系统安全、稳定运行的重要环节。通过链路间的冗余设计以及工业环网的设计，提高了系统的可靠性。在工业网络的信息安全方面，本系统使用网络隔离、入侵检测、防病毒等安全技术，实现了内、外网的分离和对内、外部攻击的实时监控，可有效地防止网络中的恶意攻击和非法入侵，并能较好地适应企业的通信和生产需求。

参考文献:

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