工業(yè)設(shè)備種類繁多，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，通訊技術(shù)尤其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展非常迅猛，面向未來的工廠現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)必將是一個(gè)融合多種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，而與此同時(shí)也需要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全......

　　都說工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧工廠的物理基礎(chǔ)，如果把現(xiàn)場(chǎng)感知比作人的感官系統(tǒng)，那么工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊就是人的神經(jīng)末梢系統(tǒng)。

　　在現(xiàn)場(chǎng)感知設(shè)備、智能裝備對(duì)制造數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取之后，如何將這些制造數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)層次的信息系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)?將上層的管理指令下達(dá)到底層設(shè)備?實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)更大范圍的自動(dòng)化?這些都是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊的關(guān)注重點(diǎn)，也是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)大數(shù)據(jù)的重要銜接環(huán)節(jié)。

　　從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊的發(fā)展歷史來看，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展大概經(jīng)歷了3個(gè)階段：

　　1、現(xiàn)場(chǎng)總線從上世紀(jì)80年代逐步發(fā)展起來，已成為自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置，在過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化有著成熟的應(yīng)用，并形成了大量的存量設(shè)備;

　　2、本世紀(jì)初，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的融合，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有了大量應(yīng)用，并成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的主流應(yīng)用;

　　3、在特殊環(huán)境下，網(wǎng)線敷設(shè)比較困難，而一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要靈活移動(dòng)以滿足業(yè)務(wù)需求;于是工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)就成為了補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)的有效補(bǔ)充。

　　當(dāng)前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)有著極大的影響，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在互相促進(jìn)和相互融合。網(wǎng)絡(luò)融合為企業(yè)帶來便利的同時(shí)，也會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需要持續(xù)關(guān)注和加大投入。

　　工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的融合架構(gòu)

　　考慮到工業(yè)設(shè)備種類繁多、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變、通訊技術(shù)特別是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展非常迅猛，面向未來的工廠現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)必將是一個(gè)融合了多種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。工知哥從經(jīng)驗(yàn)入手提出一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的融合架構(gòu)，供大家參考。

　　工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)融合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)考量如下：

　　● 工業(yè)以太網(wǎng)為主干，滿足PLC/DCS、操作終端、上層服務(wù)器的通信要求，建議采用千兆光纖雙環(huán)，以保證穩(wěn)定可靠;

　　● 工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線來支持PLC/DCS與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信?？紤]到工業(yè)以太網(wǎng)具有一網(wǎng)到底的優(yōu)勢(shì)，從通信功能而言，優(yōu)先選擇工業(yè)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)IO通訊;

　　● 無線MESH網(wǎng)絡(luò)滿足移動(dòng)作業(yè)、物資配送的設(shè)備或終端通信需求;

　　● 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)滿足新增儀表的通訊要求。

　　此融合網(wǎng)絡(luò)是基于工廠自身建設(shè)的考量，基于低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)(LPWAN)的通訊技術(shù)(如NB-IOT)也可以是融合網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充和延展。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線

　　現(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)之前，工業(yè)自動(dòng)化普遍采用4-20mA的電流信號(hào)，傳輸?shù)絇LC或DCS后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)為數(shù)字化信號(hào)。而現(xiàn)場(chǎng)總線以數(shù)字通信方式，替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號(hào)及普通開關(guān)量信號(hào)的傳輸，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn)：具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求，還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。

　　目前國(guó)際上有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，常見的現(xiàn)場(chǎng)總線包括ControlNet、Profibus 、FF HSE、WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線、INTERBUS、FF H1現(xiàn)場(chǎng)總線。

　　工業(yè)以太網(wǎng)

　　目前常用的現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)有數(shù)十種，但這些現(xiàn)場(chǎng)總線難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多種現(xiàn)場(chǎng)總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能實(shí)現(xiàn)高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，并與信息網(wǎng)絡(luò)存在協(xié)議上的鴻溝,導(dǎo)致“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

　　工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容，但是實(shí)際產(chǎn)品和應(yīng)用卻又完全不同。這主要表現(xiàn)普通商用以太網(wǎng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。故在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用的是與商用以太網(wǎng)不同的工業(yè)以太網(wǎng)。

　　工業(yè)以太網(wǎng)也有十來種，包括Profinet、Modbus TCP、Ethernet/IP、HSE、Ethernet Powerlink、EtherCAT。各種工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別其實(shí)就是協(xié)議的區(qū)別，其中最主要的還是應(yīng)用層協(xié)議的區(qū)別。

　　無線MESH網(wǎng)絡(luò)

　　無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))是一種基于多跳路由，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有移動(dòng)寬頻的特性，同時(shí)它本身可以動(dòng)態(tài)地不斷擴(kuò)展，自組網(wǎng)，自管理，自動(dòng)修復(fù)，自我平衡。相對(duì)于WIFI，無線Mesh組網(wǎng)方式，傳輸距離以及移動(dòng)性上都有很大的改進(jìn)，特別是它具有兼容的Wi-Fi的特性，因此無線Mesh網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)WIFI在增加傳輸距離和移動(dòng)性，擴(kuò)展的Wi-Fi應(yīng)用上提供很大幫助。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network，wsn)是由許多集傳感與驅(qū)動(dòng)控制能力、計(jì)算能力、通信能力于一身的資源受限(指計(jì)算、存儲(chǔ)和能源方面的限制)的嵌人式節(jié)點(diǎn)通過無線方式互連起來的網(wǎng)絡(luò)。也指在特定應(yīng)用環(huán)境中布置的傳感器節(jié)點(diǎn)以無線通信方式組織成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)完成指定的數(shù)據(jù)采集工作，節(jié)點(diǎn)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，并最終由特定的應(yīng)用接收。

　　常見的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括ZigBee、WirelessHart、MiWi。

　　工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)

　　工業(yè)正邁入一個(gè)全新的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，工廠現(xiàn)場(chǎng)有著數(shù)以萬計(jì)的設(shè)備、傳感器，這些設(shè)備的通訊能力各不相同。如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互聯(lián)互通，就需要工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)了。工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)將不同體系、不同平臺(tái)、不同架構(gòu)的設(shè)備間進(jìn)行互聯(lián)、互通、互操作。

　　一般來說，工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)需要具備以下能力：

　　具備現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的解析能力，包括串行通訊協(xié)議，如Modbus、PPI、MPI、CNC等;現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議：CAN、PROFIBUS等;

　　支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：ZigBee、WirelessHart等);

　　具備對(duì)上(IT系統(tǒng))的協(xié)議對(duì)接能力，對(duì)上的通訊能力(以太網(wǎng)，WIFI，3G，4G，NB-IOT等);

　　具備私有協(xié)議二次開發(fā)能力;

　　具備數(shù)據(jù)緩存，本地計(jì)算(霧計(jì)算/邊緣計(jì)算)的能力。

　　工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全

　　隨著網(wǎng)絡(luò)融合，特別是現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)甚至互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通，信息安全問題成為了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)必須關(guān)注的問題。

　　過去由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)多是以現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)注甚少。2009 年美國(guó)使用“震網(wǎng)”(Stuxnet)病毒來攻擊伊朗地下核設(shè)施，這是較早的針對(duì)工控網(wǎng)絡(luò)的攻擊;而隨著工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)普及導(dǎo)入之后，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)遭受的攻擊日趨增多;2016年更是出現(xiàn)完全基于PLC的病毒。

　　因此企業(yè)需要在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)管理方面加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)注和投入：

　　安全的工業(yè)控制產(chǎn)品，自身具備信息安全能力和認(rèn)證的PLC/DCS等控制產(chǎn)品;

　　安全的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)中構(gòu)建縱深防御/監(jiān)控預(yù)警/快速恢復(fù)等多維度的安全體系;

　　網(wǎng)絡(luò)安全管理;將現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理納入到企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全管理。