摘 要：随着信息化与工业化深度融合以及物联网的快速发展，车间级工业控制系统的部署方式、通讯协议越来越复杂，构建专用工控系统网络，实现不同设备和系统的集成，对数字化车间网络系统的信息传输实时性、准确性和稳定性提出了更高的要求。本文根据数字化车间集成及互联互通的要求，设计了一种双核心冗余的“环+星”混合网络拓扑结构，将生产控制网和生产管理网独立设计，满目不同工业控制系统和生产管理系统的业务要求，提升设备和系统之间信息传输可靠性。 关键词：数字化车间；“环+星”混合网络；双核心冗余
Abstract:During the construction of the digital workshop, in order to implement the task processing of the basic layer of the digital workshop and realize the communication between the control equipment and the field equipment, the field bus, industrial Ethernet communication, wireless communication and other network communication methods can be used. With the development of computer and network technology, especially the integration of new generation information technology and advanced manufacturing technolo
gy, the deployment mode and communication protocol of workshop level industrial control system are becoming more and more complex. It is particularly important to build a dedicated industrial control system network so that it can meet the requirements of different manufacturers' equipment, different protocols and different production environments on site, and coordinate the equipment to complete production and information management and control.
在数字化车间的建设过程中，为执行数字化车间基础层的工作任务处理，实现控制设备与现场设备之间的通信，可采用现场总线、工业以太网通信、无线通信等网络通讯方式。随着计算机和网络技术的发展，特别是新一代信息技术和先进制造技术的融合，车间级工业控制系统的部署方式、通讯协议越来越复杂，构建专用工控系统网络，使其能够适应现场不同厂家设备、不同协议以及不同生产环境的要求，并协调设备完成生产制造和信息管控，显得尤为重要。
1、现状分析
根据智能制造能力成熟度网络能力子域的相关要求，数字化车间应建立高效、安全互联互
通的全覆盖网络环境，在充分考虑网络冗余设计及各网络间边界隔离、访问控制等条件下，通过网络设备监控与网络平台的管理实现网络环境的可视化管理。
当前车间级工控网络系统存在很多由于缺乏系统设计而造成的延迟或抖动的影响因素，甚至导致生产过程中的停机断料的发生。因此，工业控制网络稳定性和网络架构的冗余性是数字化车间网络设计的基本要求。不同功能的网络采用不同的设计方式，实现设备、系统和业务间的互联互通。
徐州东方集团2、数字化车间工业网络设计
根据数字化车间对互联互通网络的稳定性和冗余性的需求，设计一种环+星的混合网络结构。将两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成拓扑的物理连接方式。
导航系统根据数字化车间工艺控制需求、车间平面布局、控制及信息应用需求，车间网络系统拓扑总图设计如下。横向分为生产控制网和生产信息网。纵向上分为车间汇聚层L2级，车间主干接入层L1级，及车间现场接入层L0级。如图：
图1.车间双核心冗余网络架构
2.1车间网络系统通讯协议
控制系统网络通信从下至上可分为工业总线以太网通信、标准工业以太网通信。生产管理网采用标准以太网通信。工业总线以太网包含各控制段PLC和本段分布式I/O子站、变频器、智能检测仪表、智能控制单元等的50ms级工业总线网络通信。标准工业以太网包含段与段PLC之间的100ms级的标准工业以太网通信，SCADA 服务器与各控制器PLC之间的，以及工程师站与各控制PLC之间的500ms级的标准工业以太网通信。标准以太网包含数据
库服务器、WEB服务器、OPC服务器与SCADA 服务器之间的，管理机、工程师站、监控PC与服务器之间的标准以太网通信，以及WEB服务器、OPC服务器与厂级网络的通信。
图2.车间双核心冗余网络通讯协议
印刷厂管理系统
2.2车间网络设计要求
在数字化车间建设中实现所有工厂业务终端（PLC、SCADA、MES）的互联互通，同时还需要综合考虑物理链路冗余、工业实时数据交换机、带宽，时延、丢包率、广播风暴隔离、网络快速自愈重构等各方面的需求。将从以下几个方面进行设计。
（1）适度链路冗余、快速恢复：工业网络通过环网、切环、环间耦合等工业冗余协议技术实现适度的物理链路冗余，同时保证毫秒级别的网络快速收敛和恢复；
约翰 纳什（2）分层流控、带宽预留：底层实时通信与非实时通信分层设计，同时结合工业冗余二层协议控制，引导所有终端的数据流的合理走向，并为各层之间提供不同的带宽预留，实现网络性能的最优化设计；
（3）网络设备和终端冗余：通过基于VRRP以及终端双网卡设计实现路由器和终端的双重冗余；
（4）网络服务质量控制：工业交换机服务质量为工业实时数据通信的低延迟，满足工业通信需要提供保障。
2.3双核心冗余网络设计关键技术聚脲
OSPF是工业网络和IT网络最为常用的动态路由协议，配置过程中需要保证Router ID唯一不冲突，此外通过路由重分发的方式控制路由表规模，如果子网规模还是过多的情况下通过划分区域+路由重分发的方式进一步控制路由表的规模，开启OSPF动态路由会带来路由
第六届cctv电视节目主持人大赛表规模控制的困难，因此在路由通信比较清晰的地方通过OSPF+静态路由的组合方式达到路由实现的最优效果。
VRRP只是为路由器冗余目的，不参与路由路径的计算和路由表的形成。VRRP参与的路由器可以是2台或者多台，最高不超过16台，虚拟冗余路由器工作不以实际路由器为分组，以VLAN为单位，通过VRRP可以达到物理路由器的冗余备份和路由负载均衡的双重效果。VRRP可以和静态路由、OSPF结合用于一个网络中以达到路由实现最优化+路由器冗余及均衡的双重效果。
2.4车间控制网络现场实施原则
（1）生产控制网主干交换机以及生产管理网主干交换机采用双路冗余供电，一路配电采用企业级UPS供电，另一路电源采用常规市电供电，当任一电路出现问题可保证网络的稳定性；
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