工业互联网网络解决方案汇编（2018）

工业互联网网络优秀解决方案 （2018） 工业互联网产业联盟（AII） 2018年10月 I 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转 载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 编写说明 为贯彻落实国务院发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》、《工业互联网发展行动计划 （2018-2020年）》、《工业互联网专项工作组2018年工作计划》相关要求，促进工业企业内、外网络互联、数据互通、网络应用创新，推动工业互联网网络基础设施建设，提升我国工业网络化水平，2018年6月工业互联网产业联盟（以下简称“联盟 /AII”）启动了“工业互联网网络优秀解决方案”征集活动。本次活动受到联盟成员单位高度重视，在为期一个月的征集期内联盟共收到25家单位共计38个解决方案。方案内容涵盖工业互联网企业内外网络改造、IPv6改造以及网络行业应用等领域。 经过两轮专家评审后，联盟特将以下入选的工业互联网网络优秀解决方案汇编成册，旨在为工业企业进行网络化改造提供参考，引导和推动工业互联网网络连接的技术创新、应用实践落地，提升我国工业网络化水平，促进工业互联网基础设施的健康快速发展。 目录 一、网络技术改造篇 成熟技术/工厂内网改造 ADNET智能工厂网络建设方案1 基于工业PON的智慧工厂内网建设16 智能工厂工业PON网络与数据采集解决方案29 基于免授权频谱的LTE工业无线互联专网宽带方案36 基于免授权频谱的LTE工业无线互联专网窄带方案54 智能工厂IT/OT网络融合80 成熟技术/工厂外网改造 SD-WAN解决方案90 基于SD-WAN的工厂外部网络互联及安全解决方案99 前沿技术/工厂内网改造 基于TSN技术的工业网络解决方案112 基于TSN与边缘智能的设备监测及管理解决方案120 基于5G蜂窝技术的工业传输解决方案127 基于5G和人工智能技术的产品质量实时检测和优化方案139 前沿技术/工厂外网改造 5G工业互联网汽车企业外网改造集成应用项目151 面向服务可保证的工业互联网网络切片163 前沿技术/其他 工业领域IPV6改造升级解决方案173 企业IPv6升级解决方案187 二、网络行业应用篇 智能化生产 基于工业互联网的智能计量解决方案199 基于工业互联网网络的太阳能光热解决方案213 EC-IoT解决方案223 铸管行业生产线智能管控系统解决方案232 设备监控与维护 基于工业物联网的Plantweb数字生态系统246 智能监测解决方案260 锅炉综合智能服务管理平台272 基于工业互联网的水电设备安全预警平台289 工业以太网在综合管廊弱电系统中的应用306 基于工业互联网的空压机能源管理方案320 基于物联感控技术的通用物联网解决方案331 制造业工业互联网解决方案345 基于信息新技术的燃机机群监测诊断私有云平台356 网络安全 钢铁行业工业互联网安全解决方案368 三、附录 解决方案供应商介绍387 ADNET智能工厂网络建设方案新华三技术有限公司 网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造 1概述 本方案旨在为制造业企业提供一套可靠的智能工厂网络建设方案。方案利用工业物联网、SDN、IPv6等新兴技术，实现工业场景下人员、设备、物料、产品的海量互联，为工厂实现智能生产、协同制造和柔性制造提供网络支撑。 1.1背景 近年来，制造业企业正面临着供给侧改革的时代命题，转型升级的需求十分迫切。而传统工厂IT系统与工控系统间的通信往往存在较多障碍，具体表现在： 1)工业控制协议标准各异，各厂家设备难以互通； 2)工业现场存在很多信息孤岛，网络性能亟待提高。 这些问题导致现有工厂网络无法支撑数字经济下的制造业生产运营模式。随着物联网、SDN、IPv6技术的日渐成熟，ADNET智能工厂网络建设方案（ADNET即应用驱动网络）的提出，帮助制造业企业完成工厂网络的升级改造。 1.2实施目标 1)实现工厂有线无线网络全覆盖，解决信息孤岛的问题。有线网络的时延、稳定性达到工业现场要求，同时兼容IPv4/IPv6双栈。无线网络根据工厂实际需求支持Wi-Fi、 RFID、4G/5G、NB-IoT、LoRa、ZigBee、蓝牙等信号中的一种或几种，同时无线信号质量高，满足场景要求。 2)对主流工业现场总线协议进行适配，实现生产网和信息网的双网融合互通。 3)基于SDN技术部署工厂网络，向上对接工厂云平台，实现网络设备自动配置和业务快速部署，提升产线效率，减少人力投入。 4)建立工厂网络安全保障系统，实现人、机、物、系统的可控接入和行为审计，保证工厂的设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全。 1.3适用范围 该解决方案适用于制造业工厂内网络的建设和升级改造，建设完成后的网络能够满足工厂柔性制造、协同生产、个性化定制的业务需求。 1.4在工业互联网网络体系架构中的位置 该解决方案属于工厂内网络建设方案，在下图中所处位置包含1、2、3、4、5、6六部分的内容。 2需求分析 图1工业互联网互联示意图 传统的工业网络存在以下问题： 1)工业现场总线协议标准各异，不同厂家设备无法互通，存在数据孤岛； 2)数据孤岛的存在使设备状态无法得到有效监控，进而导致企业需要在计划排产、物料配送、生产协同、质量控制、设备检测等环节投入大量的人力物力； 3)传统IP网络采用尽力而为的传输机制，时延不稳定且存在丢包，因此在一些时间敏感型场景无法使用； 4)网络安全问题层出不穷，工控设备普遍不打补丁，一旦设备联外网就容易遭到入侵攻击，导致工厂大面积瘫痪； 5)生产区域的任意设备都可以随意接入网络，缺乏接入管控； 智能工厂网络的建设目的是构建连接人、机、物、系统的高性能泛在互联网络，实现工业数据的充分流动和处理。为此， 需要解决如下问题： 1)传统工控协议的适配问题 2)设备物料的泛在接入问题 3)数据稳定低时延传输问题 4)网络智能化运维管理 5)网络安全可控、终端准入 3解决方案 3.1系统架构 图2工厂内网络逻辑架构图 ADNET智能工厂网络的建设内容位于上图红框中，含边缘接入层、核心汇聚层和安全保障三部分，其中： 边缘接入层：主要负责边缘设备接入、数据采集与 边缘计算。边缘接入设备应支持海量物联网传感器和智能硬件的快速接入和数据服务，满足物联网领域的设备连接、协议适配、数据存储、数据安全、数据分析等服务需求。 核心汇聚层：本次方案采用SDNVxLAN技术设计工厂 内核心汇聚层网络，网络可以抽象为物理承载网络和面向应用的Overlay网络。这种网络设计方式的两大特征是柔 性网络和软件定义。柔性一方面指网络架构灵活，业务部署（应用/终端）与位置无关；另一方面指以人和业务应用为核心，所有网络资源根据人和业务需要移动。软件定义指基于SDN思想将网络控制平面集中，实现网络设备的自动部署、业务按需交付，将运维人员从重复劳动中解放出来。 图3核心汇聚层网络的物理/逻辑架构 安全保障：网络安全是工厂业务平稳运行的基础，ADNET 智能工厂网络方案具备完整的安全防护体系，包括安全态势感知、网络安全保护、数据节点接入控制，保证工厂IT基础设施安全、业务系统安全、资产安全。 3.2网络拓扑设计 根据上述系统架构，工厂实际部署的网络拓扑如图4所示，根据地理位置可分为生产车间网络、办公接入网、核心汇聚网三部分： 图4ADNET智能工厂网络实际拓扑图 1）生产车间网络 边缘接入 在工业现场，数据接入方式有：传感器类型的离散点(IO信号，模拟信号)采集接入、设备工业现场总线协议或专有协议类型接入和网络TCP/IP直接数字接入。目前，ADNET智能工厂网络方案涉及的工业物联网设备已具备GB/T33474-2016感知控制域中所列举的数据接入能力。 图5数据采集接入示意图 针对工业协议的适配，方案采用工业网关完成不同现场总线的接入转换，实现Modbus、PROFIBUS、EtherNet/IP、SIEMENSS7Comm等协议的接入适配。 另一方面，方案也支持采用OPCUA的采集接入方式。OPCUA技术为工业生产各系统提供了统一接口标准。其中，OPCUA服务器和客户端是系统实现数据采集的核心环节。OPCUA服务器负责对底层设备数据进行采集封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使多个客户端以统一的方式获取不同底层设备的数据。OPCUA客户端的主要功能是搜索并连接OPCUA服务器，浏览服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据和历史数据，并通过客户端显示界面将数据以图表的形式展示给工作人员。 工业以太网 工厂生产线上温湿度、电磁干扰等环境相对复杂，方案拟在接入密度较高的区域采用机架式工业交换机，交换机支持ModbusTCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP等工业以太网协议。另外，在一些特定场景将卡轨式工业交换机直接安装在电器柜，交换机从电器柜内取电。工业交换机按照产线做RRPP环路部署。按照这种部署方式，关闭生产线上的任一台工业交换机，除直连到该交换机的设备网络不通，其他网络不受影响。 工业无线网 WLAN网络：针对工业无线网的需求，方案基于802.11ac技术，采用无线控制器AC+瘦AP的部署方式构建无线网络。其中，Wi-Fi信号质量和漫游问题是部署过程中的两个难点。为保证WLAN网络的信号覆盖质量，需要依据实际环境设计交付方案并进行测试，最终完成部署。空旷区域部署室外AP，用POE供电盒供电。对信号要求无死角的区域，部署放装AP。针对漫游问 题，可提供二层漫游、三层漫游、跨AC漫游三种方案，其中跨 AC漫游的最大延迟时间为50ms。 LPWAN网络：在NB-IoT领域，方案拟提供NB-IoT/eMTC/E-GPRS基站实现物联终端接入，通过内置LPWAN通信模组将终端联网。管道方面，基站部署方式灵活，有三种模式可供选择 （独立部署、保护带部署、带内部署）。 在LoRa领域，方案提供LoRa基站、终端、模组，其中基站的有效覆盖范围为2~3KM，支持10万终端并发，用于工厂电力抄表，水力抄表及温湿度环境监控等远距传输控制。方案支持超高频无源RFID，用于仓储物流定位场景。 2）办公接入网 办公有线 由于办公楼宇规模不一，配线间数量不定，所以每个配线间接入设备数量在2-X台不等。为了节省光纤，简化管理，接入层设备采用IRF2多虚一技术，将每个配线间的设备虚拟化一台设备后通过10G带宽上行至汇聚层设备。 办公无线 在建筑物内,每层建筑楼根据使用功能部署AP数量，方案拟部署的无线AP支持最新无线传输802.11n协议，提供理论上300M传输带宽。为建设高可靠、高性能的无线网络系统，室内无线AP采用POE供电。通过在每层楼部署千兆POE交换机，为无线AP提供千兆接入的同时，还能通过以太网线对无线AP供电。无线系统采用瘦AP（FIT）+无线控制器部署方案。无线控制器部署采用在核心交换机上部署1块无线控制器功能板卡， 实现无线网络系统的高可靠性。 3）核心汇聚网络 整个工厂网络由核心、汇聚、接入三层设备组成，再搭配园区SDN控制器。其中接入层设备部署在生产线附近，而汇聚、核心设备之间则构建overlay网络，同时采用分布式L3网关并通过可靠机制来抑制广播风暴。接入层设备采用不同的VLAN进行接入位置的标识，通过TRUNK的方式上行到汇聚层，汇聚