工业以太网网络规划原则
常见设备工业互联需求
生产企业常见设备工业联网需求配置概述目录1.需求概述 (3)2.常见设备工业互联需求 (4)2.1数控机床 (4)2.2PLC (4)2.3机器人 (4)2.4温湿度仪、水电能耗等计量表 (4)2.5上位机&嵌入式系统 (5)3.网络建设及信息安全需求 (6)3.1网络建设需求 (6)3.2.工业系统信息安全需求 (8)1.需求概述随着制造信息的爆炸性增长以及处理信息工作量的猛增，要求制造系统表现出更大的智能，然而CIMS的实施和制造业的全球化发展遇到两个重大的障碍，即目前已形成的“自动化孤岛”的连接和全局优化问题以及各类生产、工艺、质量数据和人机接口的统一问题。
这些问题的解决都离不开生产、质检设备的有效联网，工艺数据、质量标准的准确、及时下发，生产、质量、工艺数据的实时采集以及有效追溯。
根据生产企业智能制造对生产监控、产品追溯以及质量管理等功能需求，生产制造执行系统（MES）需要及时采集、存储及分析生产过程中的人、机、料、法、环等各类数据，促进产品质量不断升级。
而上述功能的实现需要基于一套完善的基于工业以太网的生产企业设备数据采集、应用平台，为智能制造打下坚实的基础。
2.常见设备工业互联需求通过工业以太网网络，MES的数据采集平台实时采集、存储各类常见设备生产、质检过程数据，涵盖生产数据、质检数据、工艺数据、设备数据等的信息，用于MES实现生产管控、产品追溯、绩效管理、成本管控、质量管理等功能。
典型设备工业互联需求配置如下：2.1数控机床1、空余的工业以太网接口；2、IP地址按照甲方网络规划设置，且设置对应网关；3、开启通信功能。
2.2 PLC1、空余的工业以太网接口；2、IP地址按照甲方网络规划设置，且设置对应网关。
2.3 机器人1、空余的工业以太网接口或串口；2、若含以太网接口，IP地址按照甲方网络规划设置，且设置对应网关；3、具备标准或公开的对外通信协议。
2.4 温湿度仪、水电能耗等计量表1、空余通信接口；2、若含以太网接口，IP地址按照甲方网络规划设置，且设置对应网关；3、具备标准或公开的对外通信协议。
网络规划原则
３、可靠性与安全性原则
采用最新的各种容错技术，使网络系统有较高的可靠性。系统对各级网络有监测和管理能力。采用划分虚拟网段、子网隔离、“防火墙”等安全控制措施。主设备能进行在线修复、更换和扩充。主设备专线 UPS供电。楼内供电线路有良好的地线。网络通讯线路在楼外一律采用光缆。电力线路应有防雷电措施。
ANSI EIA/TIA-568A商务建筑布线标准
ANSI EIA/TIA-569A商务建筑通道标准
ANSI EIA/TIA-606 商务建筑布线系统文档建立标准
EIA/TIA TSB-67 商务建筑布线系统测试标准
网络管理标准：
符合IETF SNMP 简单网络管理协议。
４、经济性与可扩充性原则
在达到总设计目标的前提下，争取高的性能/价格比。网络应有良好的可扩充性，随着网络技术的不断发展和增加新的任务、扩充新的能力，系统应能方便升级且能最大的限度保护现有的投资。
５、各类常用标准
网络设计和网络设备符合以下标准：
IEEE 802.3 10Base-T 网络标准
IEEE 802.3 100Base-T 快速以太网标准（包括三种传输介质指标100BaseTX、100BaseT4、100BaseFX）
IEEE 802.3x 1000Base-T 千兆以太网标准
LAN Emulation V1.0 局域网仿真标准
MPOA标准
CCITT ISDN 综合业务数据网络标准
网络建设规划遵循的原则和标准
１、先进性与实用性原则
采用的技术应是业界先进的，选用的设备和软件应是国内外著名厂商的主流、先进的产品，但又不盲目追求高、洋、全。适应投资能力，既先进实用。能满足性能要求，易于操作、管理和维护。易于学习、掌握和应用。人机界面友好，应用环境良好。
工业物联网架构设计与部署指南
工业物联网架构设计与部署指南工业物联网（Industrial Internet of Things，简称IIoT）是将物理设备、传感器和其他技术连接到互联网上，实现设备之间的数据共享和远程监控的概念。
随着技术的不断发展，工业物联网在制造业、能源、交通、医疗等领域都得到了广泛应用。
本文将介绍工业物联网的架构设计和部署指南，帮助企业快速搭建自己的工业物联网系统。
一、架构设计1. 设备接入层：设备接入层是工业物联网的基础，通过各种传感器、PLC、机器人等设备将实时数据收集到系统中。
在设计设备接入层时，需要考虑设备数量、设备类型、通信技术等因素。
可以使用支持各种通信协议的网关设备，将不同类型的设备连接到云平台。
2. 通信传输层：通信传输层负责将设备接入层收集到的数据传输到云平台。
传输方式可以选择有线或无线通信，根据实际情况选择合适的通信技术，如以太网、Wi-Fi、蓝牙、LoRa等。
同时需要考虑数据的传输安全性和稳定性，确保数据不被窃取或篡改。
3. 云平台层：云平台层是工业物联网系统的核心部分，负责存储、处理和分析从设备接入层传输过来的数据。
在设计云平台时，需要考虑数据的实时性、可扩展性、安全性和性能。
云平台可以使用开源的物联网平台，如Eclipse IoT、Azure IoT等，也可以使用私有云平台搭建自己的工业物联网系统。
4. 应用层：应用层是工业物联网系统的最上层，提供各种应用和服务，如远程监控、数据分析、设备管理、预测维护等。
在设计应用层时，需要根据企业的实际需求选择合适的应用和服务，并考虑用户界面的友好性和易用性。
二、部署指南1. 确定需求：在部署工业物联网系统之前，首先需要明确企业的需求和目标。
根据不同的行业和应用场景，确定需要监控的设备、采集的数据类型、数据分析的需求等。
2. 设备选型：根据需求确定合适的设备，包括传感器、PLC、网关等。
在选择设备时，需要考虑设备的稳定性、通信协议的兼容性、供应商的可靠性等因素。
2022年配电网调控人员培训试卷和答案(2)
2022年配电网调控人员培训试卷和答案（2）共3种题型，共95题一、单选题(共40题)1.《配电网规划设计技术导则》中C类供电区是指 ( )。
A：主要为地级市的市中心区、省会城市(计划单列市)的市区，以及经济发达县的县城。
B：主要为城镇区域C：主要乡村、农林场D：主要为省会城市(计划单列市)的市中心区、直辖市的市区以及地级市的市中心区【答案】：B【解析】：出自《配电网规划设计技术导则》(Q/GDW 10738-2022)第5章：C类供电区主要城镇区域。
2.配电网通信系统发生严重缺陷时必须在（）小时内消除或降低缺陷等级。
A：8B：24C：36D：72【答案】：D【解析】：《配网调控人员培训手册》第九章配电网通信第五节配电网通信运维管理3.分布式电源并网后，公共连接点的三相电压不平衡度不应超过2%，短时不超过（）。
A：0.02B：0.04C：0.05D：0.06【答案】：B【解析】：出自《配网调控监控人员培训手册》第四章-配电网分布式能源-电能质量要求：公共连接点的三相电压不平衡度不应超过2%，短时不超过4%；4.A+、A、B、C类供电区域高压配电网及中压主干线应满足（）原则，A+类供电区域按照供电可靠性的需求，可选择性满足（）原则。
A：“N-1”，“N-1-1”B：“N-1-1”，“N-1-1”C：“N-1”，“N-1”D：“N-1-1”，“N-1”【答案】：A【解析】：出自《配电网规划设计技术导则》（Q/GDW 10738-2022）：第7章7.2.1 A+、A、B、C 类供电区域高压配电网及中压主干线应满足“N-1”原则，A+类供电区域按照供电可靠性的需求，可选择性满足“N-1-1”原则。
5.工业以太网组网宜采用（）拓扑结构，在变电站放置三层交换机，在各配用电终端配置工业以太网交换机。
A：星型B：总线型C：树形D：环形【答案】：D【解析】：出自《配网调控人员培训手册》第九章配电网通信第二节配电网通信接入技术6.计量装置类故障（窃电、违约用电等除外），由（）先行换表复电，营销人员事后进行计量加封及电费追补等后续工作。
工业以太环网设计方案
工业以太环网设计方案1.1概述掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。
各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。
1.1.1设计综述掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则讲行设计；同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。
对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。
在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。
各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。
实现矿区各个管理部门的网络连接, 实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视，为管理决策提供依据。
控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。
设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。
1.2控制层网络设备的技术与产品选型本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。
1.1.2技术选择现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。
工厂局域网设计方案
工厂局域网设计方案标题：工厂局域网设计方案一、引言在现代工业生产中，工厂局域网（LAN）作为信息传输和管理的重要基础设施，其高效、稳定、安全的运行对于提升生产效率和保证产品质量至关重要。
本设计方案旨在为各类工厂提供一套全面、实用的局域网架构，以满足其信息化需求。
二、网络环境概述1. 网络规模：根据工厂规模，我们将设计一个覆盖生产区、办公区、仓库和设备间等主要区域的局域网。
2. 网络类型：选择以太网技术，确保高速数据传输和兼容性。
3. 网络拓扑：采用星型或环形结构，以保证网络的灵活性和可靠性。
三、网络架构设计1. 网络核心：配置高性能路由器，作为网络的中枢，连接各个子网，提供高速数据交换。
2. 工业以太网交换机：在生产区和关键设备间设置，提供高速、低延迟的通信环境。
3. 网络隔离：设置访问控制列表（ACL），确保生产数据的安全传输。
4. 网络冗余：采用双路由备份，防止单点故障影响网络运行。
四、网络设备选型1. 交换机：选择支持工业级标准，如IP40或IP55防护等级，以适应工厂环境。
2. 路由器：选择具有QoS（服务质量）功能，优先保障生产数据传输。
3. 网络安全设备：配备防火墙和入侵检测系统，保障网络免受外部攻击。
五、网络优化策略1. 网络带宽管理：根据生产需求动态调整带宽分配，避免网络拥塞。
2. 网络监控：安装网络性能监控软件，实时监控网络状态，及时发现并解决问题。
3. 网络培训：为员工提供必要的网络操作和安全知识培训，提高网络使用效率和安全意识。
六、网络维护与升级1. 设备定期维护：按照制造商推荐的周期进行设备清洁和硬件检查。
2. 系统更新：定期更新网络设备的固件和操作系统，以应对新技术和安全威胁。
3. 灾备计划：制定网络故障应急方案，确保在出现故障时能快速恢复网络服务。
七、结语本工厂局域网设计方案旨在提供一个高效、稳定、安全的网络环境，以支持工厂的信息化转型。
通过科学的网络规划和持续的优化，我们有信心确保网络在实际运行中的稳定性和可靠性，为工厂的生产运营提供强有力的技术支持。
试析工业领域发展中以太网的应用
摘 要 ：以太 网 ，是 目前应 用 最为 广泛 的局 域 网络技 术 ，随着 计算机 技 术的 不断 完善 和 普及 ，以 太 网网络 已经逐 渐深
入 到各个领 域 ，有 效的提 升 了办 公效 率和通 信 效率 ，促 进 了社会 经 济的快速 发展 。工业领 域 较 强对 以太 网的应 用进和优
的增加 ，每 一 段的双 绞线 的长 度就 会 随之 缩短 。 因此 ，为 保 证 良好 的数 据传 输效 果 ， 提升 以太 网络 信 号的传 输距 离 ， 应 该适 当控 制 中继器 的数 量 ，使传 输 距离得 到 有效延 长 ， 如果中继器的数量在 ４ 个左右， 则传输具体能够延长到 ５０ ０ 左 右 ，有 效保 证 了以太网 的实际 使用 效果 ，提 升 了以太 网 络 的环境适应性。 ２ 网络 安全 问题 。以太 网 的安全 问题对 于工 业生产 ． ４
２ 工业领域应用以太网所面临的问题分析
２１ 确定性 。以太网主要由载波侦听多路访 问介质来 来 说 具有 非常 重要 的意 义 。企业 生产 过程 中 ，会存 在一 定 ． 实现 对数 据 的检测 和控 制 ，这 样 的访 问控制 防止 ，存 在一 的隐私 信 息 ，如果 隐私信 息不 慎 泄露 ，将 很容 易影 响到 企 定的滞后性，导致数据的不确定性 ，对于工业领域正常生 业 的市场竞争力，导致企业经济效益的下降。因此，以太 产行 为 的开 展和控 制 是十 分不 利 的 ，这 样致 命 的弱 点 ，容 网在 工业领 域应 用过 程 中， 必须 要加 强对 网络安 全 的重视 ， 易给工业生产带来较高风险，是工业领域发展和应用 以太 采取合理的方法来解 决网络安全 问题 。为保证 以太网的网 网所面临的主要障碍。为解决 以太 网的不确定性，一般来 络安全 ，需要充分利用网络 自身所提供的安全防护手段 ， 说，可以采用主干线连接多个交换机的方式 ，通过交换机 即网络设备访 问控制以及数据访 问控制，并加强对防火墙 将网络切分成多个 网段，避免通信资源的冲突和争夺 ，从 的应用 和 引进 ，以有效 防止病 毒 以及 木马 对 以太 网络 的入 而保证 信 息 的有效 获取 和传 播 。 同时在 进行 网络 规划 工作 侵 ，避 免重要 信 息 的泄露 ，确保 以太 网络 的正 常运 行 。 时，应该尽可能多的将传输数据 的节点设备连接在 同一台 ２ 协议 问题 。以太 网的正 常运 行 ，必 须 由统一 的应 ． ５ 交换机上 ，这样能够有效保证数据的本地网络传输，降低
工业以太环网设计方案
工业以太环网设计方案1.1 概述掌石沟煤业是基本实现机械化生产，具有复杂生产系统的矿井，为提高矿井的生产效率，对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、通风机房、井下变电所等环节实施统一操作、集中监控、统一调度。
各矿综合自动化系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于同类矿井的领先水平。
1.1.1 设计综述掌石沟煤业综合自动化控制网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑公司综合自动化系统总体规划和综合自动化系统网络建设的现状。
对于掌石沟煤业工业综合自动化平台网络系统，在井上和井下设置的高速以太环网，主链路采用千兆光纤。
在核心层采用千兆工业以太网技术，通过千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。
各环网结点主要是连接结点交换机附近的工业设备，以达到控制和信息采集的目的信息层：建设信息管理网，采用标准TCP/IP协议和以太网技术。
实现矿区各个管理部门的网络连接，实现人、财、物以及工程项目管理的综合自动化，能对煤炭的生产状况进行实时监视,为管理决策提供依据。
控制层：建设综合自动化控制网，采用工业以太环网+现场工业总线来实现，实现将井上和井下区域控制器和设备监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统。
设备层：在设备控制层主要是煤矿各专业控制子系统。
1.2 控制层网络设备的技术与产品选型本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用阻燃型光缆，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。
1.2.1 技术选择现代煤矿的生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。
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工业以太网网络规划原则
不管“工业 4.0”还是“工业互联网”其技术本质都是自动化与信息化的深度融合。
在融合的过程中网络会不断地增长。
不断增长的网络复杂度为工业控制网络的设计方法提出了新的挑战。
目前实际工业应用的网络一般由控制工程师成设计，网络性能主要由控制工程师经验决定。
但是随着网络复杂度增加，这难以保持高效与可靠。
在大规模网络中，如何确定网络性能的瓶颈变得非常的棘手。
并且，小规模网络中获取的网络设计经验未必适用于大规模网络。
控制工程师设计工业控制网络需要保障网络 QoS 性能，避免工业控制网络的性能成为工业自动化系统性能的瓶颈。
工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。
近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。
这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。
以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显。
工业以太网制造现在信息的强大性跟控制的快捷性，能够实现快速的串联跟控制，为现代工业制造实现真正意义上的“E网到底”奠定了良好的基础。
工业以太网已经被业内认为是未来控制网络的最佳解决方案，
也是当前现场总线中的主流技术（如下图1是工业以太网在工业控制系统的各个层级的应用）。
图1、工业以太网在自动化系统各个层级的应用
在上图中虽然从网络的网络上在自动化系统的各个层级都可以是以太网，但在各个层级上的以太网上运行的协议并不相同，这是由于控制系统的应用决定的。
在控制系统的各个层级对传输的数据量、响应时间、传输的频次等的要求如下图2所示。
图2、控制系统各个层级的不同要求
控制系统各个层级的不同要求，使得工业控制网络的规划不能简单地复制IT网络的网络规划。
对自动化的控制网络不但考虑网络的规模的大小，还需要考虑自动化不同层级的特点。
所以对于自动化系统的工业以太网络，可以从如下的几个角度去规划和设计网络，如下图3所示。
图3、自动化系统的工业以太网的考虑因素
一、根据网络规模/网络节点数量多少来规划网络
既然工业以太网是由以太网发展而来，所以工业以太网具有以太网的一些特点。
对于工业以太网的规划可以参考IT网络规划的一些原则（这是工业以太网规划考虑的一个方面）。
对于IT网络的规划往往是从网络规模的大小来规划网络。
对于一个小型网络可能只规划一个广播域即可；而对于大型的网络则需要规划多个广播域如下图4和下图5所示。
图4、小型网络采用扁平的网络结构
图5、大型网络采用分层/分广播域的网络结构
上面的网络规划采用的以太网的星型和线性的拓扑结构，若需要更高的网络可用性可采用冗余的网络结构（环型或网状型的网络结构）。
考虑使用何种网络冗余架构还需要结合对实时性的要求来考虑。
在工业控制层比较多的使用的是环网的网络拓扑结构来提高网络的可用性，如下图6的示例。
图6、环网实现高可用性
二、根据自动化的层级规划网络
如图1所示自动化系统的层级架构，由于各层级对传输的数据量、响应时间、传输的频次等有不同的需求（如图2所示），所以需要按照层级来规划网络，这样可保证每个层级相对的独立性（各通信协议互不影响）。
此时可能的网络规划方案如下图7所示。
图7、根据自动化层级规划网络
按照图7的规划方式可以有效实现控制层级的数据流不会进入到现场层级的网络中，进而保证现场网络的实时性能不受其它层级的数据流的影响。
从物理上保证了每个层级相对独立性。
三、根据通信业务流类型规划网络
在相同的层级中也会存在着不同的业务数据流，它们对实时性的要求可能相同也可能不同。
如下图8所示。
它们对实时性的要求相同但它们又属于不同的业务流。
图8、同一层级的不同的业务数据流
图9、按照不同的业务流规划网络
四、根据设备的地理分布情况规划网络
在现场中根据工业的需求设备会安装在不同的位置，将这些分布在不同地理位置上的设备连网。
考虑的节约成本且使各工艺段的网络相对清晰往往会按如图10、图11和图12的方式来规划网络。
图10、设备控制柜的网络规划
图11、自动化单元间的网络规划
图12、各工厂之间的网络规划
五、根据工业信息安全的需求规划网络
由于网络规模的不断增大，所以对各层级的网络资源的访问应该通过一种有效的方式控制。
这样可以实现数据流只允许在允许的范围内流动。
进而实现有效的流量管控。
那么这种有效的方式就是网络从信息安全的角度来规划如下图13所示。
在网络中增加一些安全设备实现数据流的控制。
对于自动化系统网络的规划不能从上面所述的这几个方面的某一方面考虑，而是需要全面地综合上述的这些因素来规划出一个合理高效的网络。
工业以太网网络规划总的原则如下：
（1）在项目的起始阶段进行合理的规划，考虑系统层面的网络优化，以获得更好的数据传输质量，节省设备的投资成本和网络安装调试的时间成本。
（2）合理的使用树形拓扑分割网络冲突域，尽量不要使用交换机的级联结构，因为数据帧在网络中传递时，每经过一个交换机，延迟的时间就要积累下来。
（3）使用树形拓扑网络时，按照现场设备之间的通信关系组网。
相互之间通信流量比较大的两个现场设备尽可能分布到同一个子网，使子网内的通信流量尽可能大，跨越顶级交换机的两个子网间传输的数
据帧尽可能少，这样可以有效减小网络端到端的延迟。
（4）局部的网络拥塞有可能导致整个网络性能的瓶颈，因此各子网通过顶级交换机转发的流量要尽可能均衡分布。