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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。
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