在工业生产中,机器与系统的可利用性是必不可少的竞争因素。冗余的网络结构与广泛的诊断可能性起了显著作用。因此博德化工有限公司采用高性能、高可用性的网络,这同样也能够妥善处理未来自动化环境下的需求。
作为欧洲顶级制造商,位于汉堡-斯特林根的博德化工有限公司生产超过400种以上的涉及消毒、清洁、护理与皮肤杀菌等方面的产品。该公司每年生产约有18,000吨的散装货物,销往世界各地。所需的原材料使用槽罐车或集装箱进行运送,随后在槽罐或仓库中进行存储。在制造过程中,自动配料系统将原材料制成中间产品,这些产品随后被泵入到相应的罐区。罐区向装灌管线供料,装灌管线将中间产品装进50或500毫升甚至五公升的容器中。贴上标签后,再对制成品进行装配和包装。
先前网络结构存在着各种风险
博德化工公司的企业网络分为办公网络与工业网络。防火墙对两个网络间的数据交换进行管理。由于历史原因,工业网络采用扁平化结构并且建立于冗余的环状结构中。菲尼克斯电气的交换机产品被广泛作为基础设施组件使用。由于采用了这种扁平化结构,工业网络中的所有设备,如电脑、操作与监控设备、控制器与分散的周边设备等,都通过通用网进行通讯。然而使用这种方法却存在着各设备可以被彼此控制的风险。此外扁平化的以太网结构也成了病毒及其他恶意软件的攻击对象。最后但同样重要的是,博德化工公司现有的网络结构在IP地址资源与系统服务能力方面已达到了极限。
对于新型网络结构的多样化需求
为了提高生产率、可利用性与灵活性,以及满足未来自动化要求,需要开发新的网络结构。为此,工业环境下整个以太网经重组整编到路由网络中,并且在物理层面分割为独立的区域。随后重新覆盖的子网络中的冗余网络结构被用来保障系统的高可用性。由于在生产阶段中,所有的通讯都是经由Profinet完成的,因此唯一的可能便是采用冗余协议。
工业区域最好能够与办公室网络进行高效率连接,并且与较高标准的业务流程相连接。 这样做的目的是将通用与最优生产工艺集成到ERP与MDE系统中,从而更有效的使用公司资源。
网络概念的另一个基本条件是应尽可能利用现有的基础设施来帮助减少施工费用与投资成本。为了避免出现较长的停产时间,系统很少迁移。工业网络的质量和可用性需要采用网络管理软件从中心位置上进行监测和诊断。该软件需要及时将网络重大事件以自动的方式向责任人报告。
以环形结构构建不同的子网络
鉴于上述要求,博德化学公司制造区域的整个以太网络已转而使用路由解决方案。工作人员同菲尼克斯电气合作创造了将工业网络划分为不同子网络的理念。这些网络建立于以工业智能网管型交换机为基础的物理环形结构上,从而使其可用性提高。由于通讯的距离较远,因此不同生产站点间的环路采用了千兆光纤技术。
为了将物理上的环形结构解析为逻辑上的线形结构,采用了MRP冗余协议(Media Redundancy Protocol,介质冗余协议)。该协议为Profinet通讯系统中的标准冗余协议,环网自愈时间为200ms。附属生产线中的以太网设备通过快速以太网电缆进行连接。
工业区域与较高级别的业务流程通过以太网电缆以冗余的方式进行数据交换。两台工业级的3层交换机以虚拟路由的方式控制数据连接。这些设备形成工业骨干网,并且为不同子网络与办公室网络提供虚拟路由器接口。这种工业骨干网设备将安装在公司数据中心的中心位置,这是因为整个基础结构在这一位置上端接,并且视情况而定可共同使用。工业骨干网设备中的3层交换所使用的模块化结构为系统未来扩展提供了空间。
配置便利与综合性诊断
这种网管型交换机支持不同的用户界面以便对配置与诊断数据进行存取。所有必要设置可以通过各设备固有的网络服务器或简单网络管理协议(SNMP)进行管控。上述情况也适用于诊断数据的查询。
Pofinet恒定用于过程数据传输的子网络中,交换机可以做为Profinet设备来使用。在这种工作模式下,工程技术人员直接对IP地址及其Profinet设备名称进行分配,简单网络管理协议SNMP trap通讯提供快速的诊断。诸如环路交换器冗余电源丢失或拓扑结构变化之类的重大事件通过简单网络管理协议SNMP中继到集中安装的FL View诊断软件上,这种软件夜以继日的对网络进行监控。
所有内置的交换机还支持可移动存储媒体,设备特定的配置可以保存在这些媒体上。这样做使维护得到了简化,因为替换设备时,只需要将存储设备插入到新的交换机中。在重新启动时,该装置将自动检索存档的配置。博德化工公司在与生产、IT与工程技术人员紧密合作的两个月内,采用了这些新的结构,而没有出现任何生产停滞情况。这其中的原因在于由菲尼克斯电气所开发的一种网络概念,即在三个特定的窗口中阶段性实现以上目标。
作为对工程技术人员就已安装网络组件进行培训的一部分,工业网络由工程负责人员Martin Pctzold与Markus Schmidt交付给新的管理人员。
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