隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的PLC、機(jī)器人、閥島及變頻器等單一設(shè)備層面，更多地融入了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，構(gòu)建起高度網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)環(huán)境。

以一汽紅旗H9轎車的焊裝車間為例，展現(xiàn)了其高度柔韌化、數(shù)字化及綠色環(huán)保的特征。該焊裝車間部署了15條全自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了焊接點(diǎn)的100%自動(dòng)化，能靈活切換生產(chǎn)紅旗H9、紅旗HS7在內(nèi)的五種車型。

面對(duì)這種超高的自動(dòng)化生產(chǎn)場景，車間內(nèi)的每一條生產(chǎn)線與上層SCADA監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)之間，以及各生產(chǎn)線之間的數(shù)據(jù)交互提出了嚴(yán)苛要求，需要構(gòu)建一套安全可靠、快速高效的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，用于車型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式生產(chǎn)組織以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。為此，焊裝車間規(guī)劃團(tuán)隊(duì)提出了以下幾點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求：

各自獨(dú)立的PLC系統(tǒng)歸屬于C類網(wǎng)絡(luò)；

所有網(wǎng)段都需與SCADA系統(tǒng)互聯(lián)互通；

各PLC系統(tǒng)間需具備TCP/IP協(xié)議的互連能力；

不論是控制層還是監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)，整體架構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)線路冗余。

針對(duì)上述需求，在制定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)施方案時(shí)，面臨幾個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

首先，單純依賴雙層交換機(jī)構(gòu)建的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)不足以應(yīng)對(duì)所有規(guī)劃目標(biāo)；其次，線路冗余性的需求意味著現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需采用環(huán)形冗余，不適合采用靜態(tài)路由；再次，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)層次分離，又要滿足不同層級(jí)間的三層路由通信需求。

經(jīng)過深思熟慮和綜合評(píng)估，最終選用某工業(yè)廠商的三層交換機(jī)組網(wǎng)方案，結(jié)合端口路由、RSTP冗余技術(shù)和OSPF動(dòng)態(tài)路由策略，以及核心層配備的VRRP虛擬路由冗余協(xié)議，成功實(shí)現(xiàn)了客戶需求，并確保了生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵通信的設(shè)備冗余。

焊裝車間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃

在這一方案中，OSPF（Open Shortest Path First）動(dòng)態(tài)路由技術(shù)扮演了至關(guān)重要的角色。盡管在傳統(tǒng)的自動(dòng)化工程應(yīng)用中，OSPF更多見于大規(guī)模IT網(wǎng)絡(luò)，而在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中相對(duì)較少運(yùn)用，但對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)而言，OSPF卻能提供穩(wěn)定且易于維護(hù)的路由解決方案。

菲尼克斯GHS模塊化智能核心交換機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用

要掌握OSPF，首先要了解路由的基本概念。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的OSI七層模型中，IP協(xié)議在第三層——網(wǎng)絡(luò)層發(fā)揮著關(guān)鍵作用，確?？缭蕉鄠€(gè)路由器的數(shù)據(jù)包能在Internet上傳輸至目的地。

OSI七層模型

當(dāng)討論到如何實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段間的通信時(shí)，比如PC1與PC3處于不同網(wǎng)段192.168.1.0/24和192.168.2.0/24，每個(gè)主機(jī)需設(shè)置網(wǎng)關(guān)作為跨網(wǎng)段通信的下一跳地址。此時(shí)，路由的核心功能即在于正確引導(dǎo)數(shù)據(jù)包走向合適的接口，聯(lián)接不同的網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)，并限制廣播包僅在子網(wǎng)內(nèi)傳播。

路由功能舉例

然而，僅僅理解基本路由原理并不足以解釋所有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)情況。在存在多個(gè)路由器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，如何實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域間精確無誤且動(dòng)態(tài)適應(yīng)變化的路由成為重要議題。這就引入了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)路由的區(qū)別。

靜態(tài)路由是在管理員干預(yù)下手動(dòng)配置的固定路徑，即使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有所變化也不會(huì)自動(dòng)更新。其優(yōu)點(diǎn)在于安全性較高且不占用額外網(wǎng)絡(luò)資源，但缺點(diǎn)在于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生較大變動(dòng)時(shí)，需要手動(dòng)逐個(gè)調(diào)整路由信息，不適用于大型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

與此相反，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議如OSPF能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并更新最優(yōu)路徑，以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中鏈路狀態(tài)或節(jié)點(diǎn)變化。在多路由節(jié)點(diǎn)示例中，動(dòng)態(tài)路由機(jī)制使得任意兩點(diǎn)間的通信路徑得以自動(dòng)建立和優(yōu)化，無需人工干預(yù)。在菲尼克斯三層交換機(jī)支持的動(dòng)態(tài)路由技術(shù)中，OSPF因其實(shí)現(xiàn)最短路徑算法而在眾多協(xié)議中脫穎而出。

綜上所述，紅旗H9轎車就是在這樣一種先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支撐下得以高質(zhì)量產(chǎn)出。通過運(yùn)用菲尼克斯三層交換機(jī)搭載的OSPF動(dòng)態(tài)路由技術(shù)，一汽紅旗H9焊裝車間成功實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的高可靠性、高靈活性和高效能運(yùn)作，為智能制造提供了有力保障。