寫在面前
有朋友加我好友問我到底有沒有必要學習工業(yè)網絡,如何學習工業(yè)網絡,今天我就先根據ISA95建議的網絡層級來談一談~
PS:本次是關于工業(yè)網絡的第一次分享:后續(xù)陸續(xù)會有(內容可能會有變動):
技術角度詳細分析Profinet、Ethernet/IP等7種主流工業(yè)以太網
數據連接采集的幾大實現方式—自動化的信息集成,數字化的基石
從PLM到MES,再到數據采集,工業(yè)數據的類型與管理
從通訊協議角度分析自動化金字塔...........
工業(yè)網絡的二層與三層協議解析.....
典型的工業(yè)網絡通訊架構........
..........................................
基本會從總體的協議,網絡架構,數據類型,采集類型著手。之后也還會有比較干貨和深入的解讀,準備做成一個系列,這篇文章算是本系列的開端吧,感興趣的可以持續(xù)關注~
01 你熟悉又陌生的工業(yè)網絡層級
前面我們提到諸多工業(yè)通訊上的協議,規(guī)范:
最全整理工業(yè)通訊上的領域各種總線+協議+規(guī)范+接口—數據采集與控制
也講了諸多進行數據采集的文章,隨著IT與OT融合的加深,或者把高度提高點,隨著數字化浪潮的襲來,必先始于數據與通訊,如果你是工業(yè)領域的技術工程師或者技術顧問,學習好工業(yè)網絡還是很有必要的~
就一般而言,盡管工業(yè)網絡最佳實踐建議將工業(yè)網絡與業(yè)務網絡隔離,但是將業(yè)務網絡與工業(yè)網絡集成會產生一些好處。出于安全原因,同時為了讓工業(yè)網絡獲得更好的性能,業(yè)務網絡和工業(yè)網絡之間的連接基本都會通過防火墻(或其它)來限制訪問并提供不受外部網絡攻擊的安全性。大家一定還記得前面我們一篇關于汽車行業(yè)自動化標準SICAR的文章:
TIA Portal下的虛擬調試與SICAR解讀:標準的進階之旅與案例分析
在其中有這樣一幅圖,防火墻模塊S602充當了工業(yè)網絡也IT網絡之間的橋梁,起到隔離的同時也是工業(yè)網絡與IT網絡集成在了一起~
來源:西門子
ISA 95建議使用不同層級的工業(yè)網絡及其互連性(當然有觀點認為ISA95的架構過于復雜,感興趣可以下次分享),以實現業(yè)務與工業(yè)網絡的更好集成,從而在不損害安全性的前提下實現最佳工廠運營。
前面我就從五層架構起說到過工業(yè)網絡的安全:工業(yè)控制系統安全入門與實踐—從五層架構和安全標準說起
只要是看過熟悉本號的朋友,應該對于自動化金字塔已經很熟悉了
以下是ISA 95建議的網絡層級。
Level 0:定義實際的物理過程或物理生產過程。
Level 1:定義與感測和操縱物理過程以及過程參數的自動控制有關的活動。這包括傳感器,輸入/輸出(I / O)模塊,嵌入式控制器和執(zhí)行器。
Level 2:定義監(jiān)視和控制物理過程的活動。人機界面,SCADA等都是該級別的一部分。
Level 3:定義工作流的活動以產生所需的最終產品。在此級別,對生產信息的維護是集中的,以提供更好的記錄控制和可用性。
Level 4:定義管理制造組織所需的與業(yè)務相關的活動。企業(yè)資源計劃是位于此級別的關鍵組件。
對于工廠而言(尤其是大型工廠,小作坊不算),不論是橫向或者縱向數據交換,前提條件都得是有一個足以支撐你業(yè)務的通訊網絡,工業(yè)通訊都是你實現各種PLM、APS、MES、SCADA、QMS、WMS、PLC等各個系統集成的基礎,而且我可以肯定,在讀文章的你,98%以上都或多或少與工業(yè)網絡有些交集,其實對于你們而言,這應該是很熟悉的,但是對于很多人而言,或許這又是陌生的,你們本應該是最了解工業(yè)網絡的一群人之一~
沒有強大的網絡和數據通訊,那就不用談什么系統集成,數字化,智能工廠,這就是在扯淡一樣,不過所謂數字化,真的還有很長很長的路要走,畢竟對于很多企業(yè)而而言,基礎數據和管理基礎遠未達標~
02 拆解工業(yè)網絡架構和自己
為了滿足不同應用的各種特定要求,工業(yè)網絡不僅需要無縫集成到企業(yè) IT 網絡中,同時還需要在惡劣環(huán)境中確保良好的網絡性能。
對于很多大型工廠而言,工業(yè)網絡一般還進一步分為多個子網絡,主要是為了減少關鍵控制網絡中不需要的網絡流量,并通過減少網絡延遲來提高響應速度。舉個例子,下面是某汽車公司自動化控制標準中關于網絡的一部分,這就是很典型的例子
減少工業(yè)網絡中的網絡流量非常重要,為了實現這一目標,大多數DCS和PLC供應商都使用基于異常的過程參數報告。例如,只要值發(fā)生任何變化(例如從ON到OFF的轉換,反之亦然),DCS / PLC都會寫入任何數字點(ON到OFF),而不是以固定的頻率進行寫入,從而減少了網絡負載。
說到了網絡,我們不得不說交換技術,交換技術是工業(yè)網絡中廣泛使用的另一個重要方面。交換機是智能的第2層設備(此處指的是二層交換機),可以讀取MAC地址(第2層),并決定需要通過哪個端口數據發(fā)送數據,而不是通過集線器之類的所有端口發(fā)送數據。(這都不清楚的可以先參考:最全整理網絡基礎知識“全家桶”—入門工業(yè)網絡必備)這減少了沖突的可能性,因此提高了數據傳輸的整體速度。高級交換機還支持VLAN(虛擬LAN),盡管物理上連接到同一交換機,但VLAN有助于創(chuàng)建節(jié)點的邏輯分組。一個VLAN的節(jié)點無法與另一個VLAN的節(jié)點通信(創(chuàng)建單獨的廣播域),盡管所有節(jié)點都是同一物理LAN的成員。
這張圖是隨便放的,和上下文都沒關系
我知道很多人肯定覺得上面的東西多而雜,因為前面其實我們寫過一些關于VLAN,關于協議分析的一些文章,閱讀量都不高,大家都覺得和自己沒關系,但是其實工業(yè)網絡,拆解下來,也就是適合于工業(yè)環(huán)境的網絡技術,它的本質還是網絡技術,我還記得前面寫過轉載過幾個案例:
西門子S7系列PLC與Kepserver網絡通訊下的診斷與分析實例
S7–1500遇上工業(yè)無線AP:一個立體倉庫無線網絡故障診斷分析案例
很多朋友都說案例挺有參考價值,但是就是不知道如何自己也能做到這一點,其實我可以給大家說,難,也不難,為什么呢?
說不難,因為其實我們幾乎都是處于網絡的應用層,并不需要像一個算法工程師一樣去了解數據結構、算法那種普通人望而生畏的東西,只是需要你在意網絡基礎基礎,這并沒有什么太大的技術門檻。
說難,是因為很多人總是覺得網上看幾篇文章就能學會,或者每天都在去各種各樣的公眾號搜集“80G資料拿走”、“400G最全收錄”,說真的,我的很多資料,是大多數人在互聯網絕對找不到的,而且加起來超過10T,但是對于大多數人而言,這是沒有必要的,即使都給你,你又能如何呢?這是一個信息爆炸的時代,并不缺少資料,也并不缺少信息來源,我可以舉個例子,前面我在文章:
當中提到的華為的哥們兒(這是我的多年無話不談的好友),當時在一個三線小城市月薪過萬,也能放棄自己工作脫產學習半年備考CCIE,順利進入華為,當然我這里不是建議大家脫產半年,就在工業(yè)領域的大多數人而言,也沒有必要學的那么深入,也不是說去夸華為多牛逼,而是在于他的魄力和系統性學習的態(tài)度,不是我們可以比的,畢竟他當時也知道很多人學了CCIE之后,出來一樣水的一逼,你不信可以自己試想一下他當時的魄力,在安逸區(qū)呆著,卻能脫產半年沒有任何收入,去做一個前途未卜的事~
03 一個工程師的自我修養(yǎng)
其實如果你接觸過很多技術大牛,或者很多能力很強的工程師或者專家,他們的網絡知識和IT技能都比一般人扎實,就更別提所謂的OT技術了,這本就是他們擅長的技術領域,他們也并不是專業(yè)的工業(yè)網絡工程師,但是卻具有扎實的網絡基礎和豐富的實踐。
對于很多人而言,這真的并不是太難,或許你不用成為大牛,至少你不應該是一個小白,就像我們說了很多虛擬調試,我不信做虛擬調試的工程師不用到OPC UA的,我也不信你在現場沒遇到過上面案例說的那些情況,我也更不相信今后所謂的數字化工廠會沒有網絡一席之地~
在IT、OT不斷融合的今天,CT技術更會具有自己的位置,我們也應該找準自己的位置:
就像前面說的:
自動化早已不是原來的自動化,為何你卻還是原來的你
前對眾多的技術,深度為主,廣度為輔,選擇一個合適自己的方向,如果你不知道哪個合適你,我們普通人如何擴展自己的深度和廣度呢?
我的看法是,讓興趣來引導自己,把本職工作做到公司無人替代的位置,而不止步于此,并在此基礎上廣度發(fā)展。
下面具體來說說要如何權衡自己的廣度和深度:
1.廣度為輔,深度為主。人生、時間有限,我們不可能精通所有的技術,但我們可以努力地精通工作相關的、有前景的、感興趣的技術。
2.基礎扎實,深入底層。只是解決工作上的問題是遠遠不夠的,應該在工作之余去學習更底層的技術,所謂知其然還得知其所以然。多多思考:為什么要這樣用?怎么實現的?還有更好的辦法去實現嗎?
3.觸類旁通,適度學習。學任何的知識都要形成一個體系,才能學得深,記得牢。
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