虚拟局域网技术应用于工厂自动化系统
概述 系统描述 解决方案 连接示意图 适用产品型号

虚拟局域网技术(Virtual Local Area Network,简称VLAN)是现在最为热门的局域网技术,由于以太网的深入发展,特别是工业以太网技术的流行以及管控一体化的实施,使得工业控制现场的海量数据也开始接入到以太网进行数据交换,使得接入到以太网网络中的以太网设备也越来越多,当大量的以太网设备同时处于同一个交换网络时,非常容易形成广播风暴。VLAN技术就是通过在交换机上做相应的设置,将大型的交换网络划分为多个小型交换网络,从而达到抑制广播风暴的作用。

系统描述

工业以太网技术现在正在逐步取代现场总线技术成为工业控制现场通信技术的主流,随着工业以太网在工厂内部的不断建设,现场生产的工业控制系统和工厂的办公系统正在融为一体,开始真正的实现管控一体化,使得办公系统的各个部门能够与生产现场的各个车间实现无缝对接,但是随着局域网内的以太网设备的不断增加,使得交换网络越来越大,其内部的数据流量不断增加,使得整个局域网的通信负载不断加重,当以太网的通信负荷超过一定程度,那么以太网的通信质量则会急速下降,除了增加局域网内部的通信带宽之外,还可以通过采用虚拟局域网技术划分多个小型交换网络,从而达到划分广播域,减少广播数据,抑制广播风暴的效果。

解决方案

某工厂决定通过系统集成商实施建立数字化工厂/网络化工厂的目标,决定将整个生产过程中产生的相关数据与办公系统软件共享,办公系统通过实时获取生产过程中的相应数据合理安排采购流程,生产流程以及销售流程。希望通过将生产现场与办公系统相融合,真正的实现管控一体化,最大的降低采购成本,减少库存成本以及物料损耗,最大的优化生产流程,使得整个生产流程能够与市场需求进行最紧密的结合。

在实施建设过程中,系统集成商发现如果单纯的组建一个大型的局域网是肯定不行的,肯定需要划分成不同的小型子网络才可以很好的抑制广播风暴,保证局域网的通信质量。但是实施数字化工厂与普通的办公系统局域网有很大的不同:

第一是工业现场的环境比较恶劣,由于以太网设备都是放置在厂房内,而厂房内的温湿度以及灰尘还有电磁环境等外部环境都不可能和办公室环境相比,必须要采用能够耐高低温以及电磁兼容性好的工业以太网交换机才可以保证其稳定运行。第二就是办公系统一般来说各个部门都是聚集在一起,比如采购部肯定都是在一层楼里面,而市场部肯定也是在同一楼层里面,一般来说,都是部门内部之间的数据交换比较频繁,而这样的话,就将各个部门内部的所有计算机直接连接到同一个交换机上并在上面做设置划分为一个子网络就可以。而数字化工厂则不同,生产部和生产车间相互之间的数据交换其实更加频繁,但是他们由于处于不同的地理位置,不可能连接在同一台交换机上。第三就是普通的民用交换机都是采用快速生成树技术来冗余备份链路,一旦某个节点出现故障,其收敛时间一般为数秒时间,在工业控制现场这个延时是不能被接收的。

通过多方面的权衡,系统集成商决定采用深圳市鼎信鸿达科技有限公司的系列工业以太网交换机来布设工业以太网。通过选型选择了NIES-608-2F型网管型工业以太网交换机,NIES-7010-2GS型网管型千兆工业交换机以及NIES-5024-2F型网管型工业交换机三种型号,该三种型号属于网络管理型交换机,支持环网冗余链路备份,支持IEEE 802.1Q VLAN技术,能够有效的满足上面三点需求。其具体实施情况如下:

通过NIES-7010-2GS型千兆工业交换机布设环网连接车间和办公区域,利用其自带的两个SFP千兆光纤接口组建千兆光纤环网,使得整个主干通信网络的带宽达到千兆,将NIES-608-2F型网管型工业以太网交换机放置在各个车间,由于其带有导轨安装方式,能够非常方便的安装在工业现场,通过其自带的两个百兆光纤接口布设环网,并通过以太网接口连接生产现场的工业控制系统的所有工业以太网设备。由于办公室的计算机众多,需要的以太网接口也比较多,故采用NIES-5024-2F型网管型机架式工业交换机,利用其自带的两个百兆光纤接口组成环网,每台交换机具备二十二个以太网接口能够满足各个部门众多计算机的连接需求。其具体情况请参考连接示意图。

针对工业现场实时性的要求,工业以太网交换机大多采用光纤环网冗余功能,即通过光纤组成环网连接所有交换机,在正常通信的时候,通过相应的设置阻塞环网上的某个端口作为冗余链路备份,使得整个环网成为一条总线式拓扑结构,当某个端口出现问题,立即激活被阻塞的端口启动冗余链路,由于采用了快速算法以及环网拓扑结构,其自愈时间小于20ms。网管型交换机内置支持虚拟局域网技术标准,利用虚拟局域网技术划分多个VLAN,将业务功能相近的在不同交换机上的端口划分到同一个VLAN中,使得像生产车间与生产部之间的计算机处于同一个虚拟局域网中,其交换数据可以像在局域网内一样,从而避免数据在整个交换网络中形成网络风暴,注:关于VLAN技术可以参阅本站相关页面<虚拟局域网(VLAN)技术标准>。

连接示意图
虚拟局域网技术应用于工厂自动化系统
适用产品型号
NIES-608-2F型工业以太网交换机 NIES-7010-2GS型工业交换机
 
NIES-5024-2F型工业交换机  

 

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