工业网络系统技术方案

本发明专利技术涉及一种工业网络系统，包括：控制设备层、信息交互层和信息管理层，各层之间均进行网络安全设置，且在控制设备层与信息交互层之间、信息交互层与信息管理层之间实现信息的互联互通。整个网络架构设计基于VDE发布的工业4.0的参考架构模型以及工业4.0制造系统的CPS架构(5C架构)，可以满足智能制造工厂对于互操作性、可视化、分布化、实时能力和性能以及模块化的设计要求，是建设智能工厂实现信息交互、共享的基础。

Industrial network system

The invention relates to an industrial control network system, including: equipment layer, information interaction layer and information management layer, each layer between the network security settings, and to achieve interoperability between information and control equipment layer and information interactive information interaction layer and information management. The whole network architecture design based on the VDE release of the 4 industrial reference architecture model and 4 industrial manufacturing system CPS architecture (5C Architecture), to meet the intelligent manufacturing facility for interoperability, visualization, distributed, real-time ability and performance and modular design requirements, is the basis for the construction of intelligent plant to achieve information exchange and sharing.

【技术实现步骤摘要】
工业网络系统
本专利技术涉及一种工业网络系统。
技术介绍
随着数字化和信息化进程的不断加速，企业网络规模和应用范围日益扩大，传统的制造企业正在迎来企业升级转型的机遇与挑战。制造业向智能制造转变，不仅是传统制造业转型的必要手段，其中自动化、数字化和网络化还能在劳动能力下降的同时实现产品用户个性化的要求，大大缩短交货期，使得传统的金字塔式的管理体制被扁平化的管理体制取代，更加迅速应对市场的需求。如何由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式；如何将云计算、大数据、物联网与企业内生需求更好地融合，成为需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种工业网络系统，包括：控制设备层，包括至少一个工艺段，每个所述工艺段包括控制设备层控制设备及其控制的执行机构；信息交互层，包括至少两个冗余工业环网，所述冗余工业环网包括至少两台使用工业以太网协议连接的交换机，其中至少一个所述冗余环网包括与所述交换机连接的至少一台信息交互层服务器和/或至少一个人机界面设备和/或至少一个计算机，所述控制设备层控制设备通过工业以太网协议连接至所述信息交互层的至少一台所述交换机；信息管理层，包括复数台万兆交换机以及与之连接的至少一台远程服务器，所述信息交互层的至少一个冗余工业环网通过工业以太网协议接入至所述信息管理层，且所述信息管理层还包括至少一个无线管理网；其中，所述控制设备层、信息交互层和信息管理层之间均进行网络安全设置，且在所述控制设备层与信息交互层之间、所述信息交互层与所述信息管理层之间实现信息的互联互通。在一种实施例中，还包括传感器仪表层，所述传感器仪表层包括至少一个传感器或者仪表，以及通过通讯协议与所述传感器或者仪表进行信号传输的传感器仪表层控制设备，且所述传感器仪表层控制设备通过工业以太网协议连接至所述信息交互层的所述交换机上，实现与所述信息交互层的互联互通。尤其是，所述通讯协议为WirelessHART无线通信协议或者Profibus-PA协议。在一种实施例中，所述控制设备层还包括至少一个工业环网，所述工业环网包括通过以太网连接的至少两台交换机，所述控制设备层控制设备通过所述交换机连接到所述信息交互层。在一种实施例中，各所述工艺段之间设置有网络安全设备。在一种实施例中，所述信息交互层的冗余工业环网之间还设置有网络安全设备。在一种实施例中，所述远程服务器为状态监控服务器，用于通过监控软件或者远程软件对所述控制设备层的设备进行监控状态读取，或者，所述远程服务器为远程连接服务器，用于通过虚拟专网通路连接至所述控制设备层或者信息交互层进行诊断和/或服务。在一种实施例中，所述无线管理网为出入库系统，通过无线技术和/或RFID技术和/或扫码技术获得出入库信息。在一种实施例中，还包括非工业现场层，其包括至少一个数据中心。在一种实施例中，所述信息管理层的远程服务器位于所述非工业现场层的数据中心。综上，本专利技术提供的工业网络系统，基于德国电器工程师协会(VerbandDeutscherElektrotechniker，简称VDE)发布的工业4.0的参考架构模型(RAMI4.0)以及工业4.0制造系统的CPS架构(5C架构)，可以满足智能制造工厂对于互操作性、可视化、分布化、实时能力和性能以及模块化的设计要求，是建设智能工厂实现信息交互、共享的基础。具有以下特点：先进性、成熟性和实用性：采用当今成熟并具有良好发展前景的新技术、新设备，兼顾成熟性和先进性，既能满足实际需求，又能适应未来的发展。高可靠性：高效稳定的系统，能提供全年365天，全天24小时的连续运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，以确保系统稳定。可操作性：先进且易于使用的图形人机界面和移动技术，提供信息共享与交流、信息资源查询等有效工具。高效率性：注重各子系统的信息共享，提高整个系统高效率的传输与运行能力，打破各个层级的通讯壁垒。实时性：集中监控系统的设备和终端必须反应快速，充分满足生产设备综合监视系统对实时性的要求，为现场过程数据的传输提供实时可靠的通讯链路。完整性：提供与各种外界系统的通信功能，并在整体系统的运作上确保信息的完整性。安全性：通过在系统部署相关安全措施、以有效地确保系统各个层次安全(包括系统、网络、应用、与工艺配套安全等)。可扩展性：考虑到未来业务、管理和研发等方面的需求，在设计和架构的各个方面实现系统扩展的便利性和在线扩展的技术可行性。冗余性和网络的自愈性：通讯系统的冗余和自愈性，为整个系统的互联互通保驾护航。工业适用性：考虑到工厂不同应用环境对产品的抗电磁干扰性、使用环境、防护等级的要求不同，选择适合的工业级产品。附图说明下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本专利技术上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：图1是本专利技术提供的一种工业网络系统实施例的简图；图2是本专利技术所提供的一种工业网络系统中的控制设备层实施例的简图；图3是本专利技术所提供的一种工业网络系统中的信息交互层实施例的简图；图4是本专利技术所提供的一种工业网络系统中的信息管理层实施例的简图；图5是本专利技术所提供的一种工业网络系统中的信息管理层实施例中的无线管理网的简图；图6是本专利技术所提供的一种工业网络系统中的非工业现场层实施例的简图；图7是本专利技术所提供的一种工业网络系统中的传感器仪表层实施例的简图。标号说明：L0传感器仪表层L1控制设备层L1a，L1b，L1c工艺段L2信息交互层L3信息管理层L4非工业现场层H1，H2，H3，H4，H5工业环网C专用云P公用云R执行机构W无线管理网W1无线技术W2扫码技术W3RFID技术11,12,13车间21控制设备22I/O站23计算机31服务器32HMI33计算机40万兆交换机41状态监控服务器42远程连接服务器51交换机52计算机53服务器70网络安全设备71控制设备72I/O设备73执行机构74传感器80交换机90以太网协议具体实施方式为了对专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。对于多个相同的构成部分，有时对其中之一标以符号，而对其他省略符号。下面讨论的各图以及被用来描述在该专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅以说明的方式并且无论如何不应该被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，可以在任何适当布置的设备中实施本公开的原理。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的各种创新教导。工业4.0愿景中描述的第四次工业革命实质上就是打造基于信息物理系统(CPS,Cyber-PhysicalSystems)的“智能制造”的模式，实现物联网(IoT,InternetOfThings)，数据和服务联网。总体看来，工业4.0的核心就是通过CPS系统网络实现人、设备与产品的实时联通、项目互联和有效沟通，从而构建成一个高度灵活的个性化、数字化的智能制造模式。在智能制造生态系统中，网络又毫无疑问是联系各个智能设备、数据采集和控制系统、大数据分析系统以及云计算/云分析服务信息系统的基础设施。面向工业4.0的网络架构设计，需要实现IT和OT(Oper本文档来自技高网...

【技术保护点】
工业网络系统，其特征在于，包括：控制设备层(L1)，包括至少一个工艺段(L1a，L1b，L1c)，每个所述工艺段(L1a，L1b，L1c)包括控制设备层(L1)控制设备(21)及其控制的执行机构(R)；信息交互层(L2)，包括至少两个冗余工业环网(H1，H2)，所述冗余工业环网(H1，H2)包括至少两台使用工业以太网协议(90)连接的交换机(80)，其中至少一个所述冗余环网(H1，H2)包括与所述交换机(80)连接的至少一台信息交互层(L2)服务器(31)和/或至少一个人机界面设备(32)和/或至少一个计算机(33)，所述控制设备层(L1)的控制设备(21)通过工业以太网协议(90)连接至所述信息交互层(L2)的至少一台所述交换机(80)；信息管理层(L3)，包括复数台万兆交换机(40)以及与之连接的至少一台远程服务器(41，42)，所述信息交互层(L2)的至少一个冗余工业环网(H1，H2)通过工业以太网协议(90)接入至所述信息管理层(L3)，且所述信息管理层(L3)还包括至少一个无线管理网(W)；其中，所述控制设备层(L1)、信息交互层(L2)和信息管理层(L3)之间均进行网络安全设置，且在所述控制设备层(L1)与信息交互层(L2)之间、所述信息交互层(L2)与所述信息管理层(L3)之间实现信息的互联互通。...

【技术特征摘要】
2016.03.11 CN 20161013732001.工业网络系统，其特征在于，包括：控制设备层(L1)，包括至少一个工艺段(L1a，L1b，L1c)，每个所述工艺段(L1a，L1b，L1c)包括控制设备层(L1)控制设备(21)及其控制的执行机构(R)；信息交互层(L2)，包括至少两个冗余工业环网(H1，H2)，所述冗余工业环网(H1，H2)包括至少两台使用工业以太网协议(90)连接的交换机(80)，其中至少一个所述冗余环网(H1，H2)包括与所述交换机(80)连接的至少一台信息交互层(L2)服务器(31)和/或至少一个人机界面设备(32)和/或至少一个计算机(33)，所述控制设备层(L1)的控制设备(21)通过工业以太网协议(90)连接至所述信息交互层(L2)的至少一台所述交换机(80)；信息管理层(L3)，包括复数台万兆交换机(40)以及与之连接的至少一台远程服务器(41，42)，所述信息交互层(L2)的至少一个冗余工业环网(H1，H2)通过工业以太网协议(90)接入至所述信息管理层(L3)，且所述信息管理层(L3)还包括至少一个无线管理网(W)；其中，所述控制设备层(L1)、信息交互层(L2)和信息管理层(L3)之间均进行网络安全设置，且在所述控制设备层(L1)与信息交互层(L2)之间、所述信息交互层(L2)与所述信息管理层(L3)之间实现信息的互联互通。2.如权利要求1所述的工业网络系统，其特征在于，还包括传感器仪表层(L0)，所述传感器仪表层(L0)包括至少一个传感器(74)或者仪表或者执行机构(73)，以及通过通讯协议与所述传感器(74)或者仪表或者执行机构(73)进行信号传输的传感器仪表层(L0)控制设备(71)，且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江宁，顾清，高静，胡建钧，沃夫冈·薛尔林，
申请(专利权)人：西门子中国有限公司，西门子工厂自动化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11