工業(yè)4.0時代需要怎樣的工業(yè)交換機

近年來，隨著工業(yè)4.0概念的火熱以及“中國制造2025”行動綱領(lǐng)的提出，越來越多的廠商加入到新產(chǎn)品以及新技術(shù)開發(fā)的潮流中。也因為理解、研究的逐漸深入，我們不難得出結(jié)論:工業(yè)4.0的技術(shù)實現(xiàn)首先是自動化系統(tǒng)內(nèi)部的橫向連接，即通過統(tǒng)一平臺和單一的編程環(huán)境將控制、驅(qū)動、低壓配電等系統(tǒng)深度集成；其次是下層現(xiàn)場傳感和數(shù)據(jù)采集層與中層設備控制層及上層企業(yè)管理系統(tǒng)的縱向連接。最后，是基于移動和虛擬化等技術(shù)實現(xiàn)人性化、可交互和更高效的遠程管理。以上這些都必須基于開放標準和統(tǒng)一協(xié)議的通訊網(wǎng)絡，以實現(xiàn)工廠內(nèi)所有設備（包括企業(yè)級設備）彼此之間的相互通信。

然而，目前中國制造的設備層數(shù)據(jù)尚未數(shù)字化、控制層總線標準各異、工廠管控與企業(yè)管理信息不交互的三大癥結(jié)，使得現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、生產(chǎn)控制層以及企業(yè)管理層的信息交互很難實現(xiàn)。所以，通過按資源配置、效率最大化的網(wǎng)絡系統(tǒng)將工廠網(wǎng)絡和總線資源整合起來，進而實現(xiàn)工藝流程、品類切換、產(chǎn)線資源等要素的自由調(diào)配，則應是我們首先應該實施的。也就是說，我們可以通過生產(chǎn)控制層的網(wǎng)絡化改造和建設，邁出走向工業(yè)4.0的第一步。

智能工業(yè)迫切需要網(wǎng)絡進入控制層

隨著工業(yè)現(xiàn)場設備的智能化以及控制方式由單點走向協(xié)同，同時工業(yè)控制由工廠應用發(fā)展到市政、金融等更廣闊的領(lǐng)域，系統(tǒng)日趨分散，現(xiàn)場設備之間需要進行實時、快速的通信，傳輸數(shù)據(jù)的帶寬也相應由窄帶轉(zhuǎn)向?qū)拵А４送猓诠I(yè)控制的上層，需要集成生產(chǎn)計劃和控制、質(zhì)量管理、跟蹤能力、維護系統(tǒng)等功能，希望從現(xiàn)場設備到本地操作站、管理層的整個控制網(wǎng)絡實現(xiàn)一體化以提高生產(chǎn)率，更快地評估、控制系統(tǒng)的每一部分，從而實現(xiàn)高效、實時、透明的遠程運營和管理。因此，工業(yè)控制網(wǎng)絡正朝著寬帶、實時、透明、雙向、互操作的方向發(fā)展，這就需要工業(yè)控制網(wǎng)絡具備標準化、歸一化的技術(shù)特點，以實現(xiàn)管理層、控制層和現(xiàn)場設備層更好的互連、互通和互操作。

我國工業(yè)領(lǐng)域中標準統(tǒng)一化、結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡化的改造工程中，智能變電站的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)改造取得非常優(yōu)秀的成績。而其中工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)更是起到重要作用。

工業(yè)以太網(wǎng)可以構(gòu)建互連、互通，以及具有更好互操作性的透明一體化工業(yè)控制網(wǎng)絡，它具備更寬的帶寬和更大的數(shù)據(jù)包以滿足越來越多的智能自動化設備的通信；更快速的同步實時通信以滿足運動控制應用的需求；在更大范圍內(nèi)連接更多的設備并為之設置地址；提供新功能如制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、在線升級固件、遠程組態(tài)及故障處理；集成現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)；可以使用標準化、低成本的以太網(wǎng)設備，如交換機、線纜、集線器等。因此，工業(yè)以太網(wǎng)可以實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡與企業(yè)信息網(wǎng)絡的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡，實現(xiàn)管理層、控制層到現(xiàn)場設備層之間工業(yè)通信的一網(wǎng)到底。而現(xiàn)場設備層對工業(yè)以太網(wǎng)交換機的需求遠高于管理層和控制層的需求。

傳統(tǒng)工業(yè)交換機的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的工業(yè)交換機一般使用在工業(yè)控制命令層之上，只起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔茫簿褪浅休dPLC與PLC之間、PLC與Sever之間數(shù)據(jù)通信。在這一層，設備之間的通信協(xié)議大多是基于TCP/IP開發(fā)、應用的，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取⒕取踩噪m然有要求，但是標準不高。而工業(yè)控制命令層（PLC與IO之間的通信）采用現(xiàn)場總線技術(shù)，對數(shù)據(jù)的速度、精度、安全性的要求大大提高了，傳統(tǒng)的工業(yè)交換機雖然可實現(xiàn)信息共享，但無法保障控制命令數(shù)據(jù)的正常交換，顯然是不行的。如果想應用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)控制命令層的網(wǎng)絡化，對傳統(tǒng)工業(yè)交換機的再升級就是必然的趨勢。

下一代工業(yè)以太網(wǎng)交換機

由北京恩易通技術(shù)發(fā)展有限公司歷時數(shù)年開發(fā)的高性能下一代工業(yè)以太網(wǎng)交換機顛覆性的擁有零自愈環(huán)網(wǎng)和總線式網(wǎng)絡，兼具穩(wěn)定可靠和高速靈活的特點。滿足工業(yè)控制命令層對數(shù)據(jù)的速度、精度、安全性的要求，解決傳統(tǒng)工業(yè)交換機無法進入控制命令層的根本性問題。

NE交換機通過雙向數(shù)據(jù)流確保當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，總有一個方向是可以到達目的地的，保證了控制數(shù)據(jù)的不間斷；總線式網(wǎng)絡讓用戶可自定義被控設備，通過視相同虛擬Mac終端為同一設備，交換機將被控設備視為同一設備，使這些設備相互之間互聯(lián)互通，信息共享，保障了控制的聯(lián)動性；數(shù)據(jù)優(yōu)先級特性，讓用戶可自定義某些設備為快速數(shù)據(jù)設備，當環(huán)網(wǎng)中出現(xiàn)快速數(shù)據(jù)，普通數(shù)據(jù)就會為快速數(shù)據(jù)讓路。

NE交換機具備以下優(yōu)點：

（1）零自愈環(huán)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃约巴暾?/p>

在此之前全球工業(yè)以太網(wǎng)交換機最快故障自愈時間是20毫秒。但是無論環(huán)網(wǎng)故障自愈的時間多短，在倒換期間勢必造成數(shù)據(jù)報文的丟失，這在控制命令層是不能容忍的。而零自愈無疑實現(xiàn)了既有技術(shù)的突破，保障數(shù)據(jù)的高可靠性及完整性。

NE交換機通過雙向數(shù)據(jù)流確保當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，總有一個方向是可以到達目的地的，保證了控制數(shù)據(jù)的不間斷。

（2）總線式的網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)、線合一

總線式網(wǎng)絡讓用戶可自定義被控設備，通過視相同虛擬Mac終端為同一設備，交換機將被控設備視為同一設備，使這些設備相互之間互聯(lián)互通，信息共享，保障了控制的聯(lián)動性。

NE交換機支持多種總線協(xié)議及I/O接口，實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化。代替非傳統(tǒng)的點對點模式，使網(wǎng)絡和總線的資源利用率最大化。進而實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡配置，可直接連接儀表、工業(yè)相機等現(xiàn)場設備，讓PLC能夠連接到距離更遠的I/O設備，大大減少整個系統(tǒng)內(nèi)PLC的數(shù)量，顯著的降低了系統(tǒng)集成的成本。此外NE交換機還可通過Web和SNMP OPC Server集成到網(wǎng)絡監(jiān)控軟件實時監(jiān)控節(jié)點狀態(tài)，并設有故障警報功能，方便遠程維護和管理。

（3）快速、實時性

NE交換機具備數(shù)據(jù)優(yōu)先級特性，讓用戶可自定義某些設備為快速數(shù)據(jù)設備，當環(huán)網(wǎng)中出現(xiàn)快速數(shù)據(jù)，普通數(shù)據(jù)就會為快速數(shù)據(jù)讓路。避免了傳統(tǒng)交換機因數(shù)據(jù)時延過大而無法應用到控制命令層的情況。

（4）自主可控設計

NE交換機屬于自主研發(fā)產(chǎn)品，擁有產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)。其核心軟/硬件、產(chǎn)品和服務等都實現(xiàn)自主可控，基本上可保證不存在惡意后門并能不斷地對其進行改進或修補漏洞 。