智能鋼結(jié)構(gòu)制造廠網(wǎng)絡(luò)設(shè)計探索

夏 泉

（電子信息公司）

1 系統(tǒng)概述

昆鋼智能制造廠工藝設(shè)計為年產(chǎn)輕型鋼結(jié)構(gòu)100 000 t的自動化工廠，廠房智能化、自動化程度高，大部分生產(chǎn)設(shè)備均無人化，這也要求提高對生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備遠程監(jiān)控能力，同時廠區(qū)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)日常正常辦公的保證，快速、通暢的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)是各個子系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

鑒于該廠智能化、自動化程度高，大部分生產(chǎn)設(shè)備均無人化，建設(shè)一套安全、快速、智能化的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來滿足園區(qū)的使用，根據(jù)智能制造園區(qū)的功能使用規(guī)劃此次園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)按照功能以分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來規(guī)劃，整個園區(qū)網(wǎng)絡(luò)分為辦公網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)三個獨立的網(wǎng)絡(luò)來進行規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、擴展性好、便于管理維護可以滿足現(xiàn)在及未來3-5年內(nèi)的發(fā)展需要。

2 廠區(qū)各子系統(tǒng)應(yīng)用需求分析

整個廠區(qū)分為辦公區(qū)域，鋼材原料堆場、能源及原料倉庫（燃氣罐、油漆、焊接輔材等）、成品堆場。生產(chǎn)區(qū)域分為小件切割區(qū)域、立體倉庫及AGV自動運輸系統(tǒng)區(qū)域、高速鉆床及坡口機區(qū)域、型材加工區(qū)域或鋸鍛鎖區(qū)域、機器人組焊區(qū)域、拋丸噴涂區(qū)域六個區(qū)域。

辦公區(qū)域需求為辦公網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及生產(chǎn)實績收集及考核等信息。

生產(chǎn)區(qū)域需求為生產(chǎn)管控、過程控制、設(shè)計實績收集、生產(chǎn)過程監(jiān)控及操作等數(shù)據(jù)。倉儲區(qū)域需要對物料進出操作，生產(chǎn)投料及成本歸集。

整個廠區(qū)需要進行安防監(jiān)控及重要工位工藝監(jiān)控，門崗物資進出稽查信息交換，重要危險源安全健康及預(yù)警。

3 廠區(qū)各子系統(tǒng)設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的依據(jù)

3.1.1 工藝設(shè)備區(qū)域劃分及數(shù)據(jù)通信需求

1）辦公網(wǎng)主要覆蓋區(qū)域為辦公室，廠區(qū)部分崗位，比如倉儲收發(fā)貨、保安門崗值守的電子出門條管理等工位。辦公網(wǎng)絡(luò)用于各辦公人員接入昆鋼信息化網(wǎng)絡(luò)進行日常的協(xié)同辦公、ERP、郵箱、上網(wǎng)等辦公使用，視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)專門用于整個園區(qū)的視頻監(jiān)控設(shè)備的接入使用，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)用于接入整個園區(qū)的自動化生產(chǎn)設(shè)備的接入互聯(lián)，三個網(wǎng)絡(luò)互相獨立互不影響可以保障辦公、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)的高效、快速、安全使用。

2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)的設(shè)計主要依據(jù)智能化工廠將來預(yù)定的生產(chǎn)組織管理模式對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，生產(chǎn)工藝設(shè)備各區(qū)域（原料堆場、產(chǎn)品堆場、小件切割區(qū)域、立體倉庫及AGV自動運輸系統(tǒng)區(qū)域、高速鉆床及坡口機區(qū)域、型材加工區(qū)域或鋸鍛鎖區(qū)域、機器人組焊區(qū)域、拋丸噴涂區(qū)域）之間的數(shù)據(jù)交換需求，以及各區(qū)域內(nèi)部設(shè)備連網(wǎng)及生產(chǎn)操作的功能要去來實施。

3）視頻網(wǎng)覆蓋整個廠區(qū)，視頻圖像數(shù)據(jù)采集包括安防監(jiān)控及生產(chǎn)工藝監(jiān)控，其中生產(chǎn)工藝監(jiān)控還需要與生產(chǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)工位生產(chǎn)數(shù)據(jù)與視頻的軟件集成，進而實現(xiàn)特定的智能化生產(chǎn)管理。而安防監(jiān)控通過服務(wù)器智能圖像分析可以實現(xiàn)特定區(qū)域人員進出預(yù)警或人數(shù)統(tǒng)計等智能安防功能。

4）工廠投產(chǎn)后預(yù)定的生產(chǎn)組織模式，智能化工廠，生產(chǎn)計劃自動生成及自動排產(chǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)自動下達到各工位，并執(zhí)行，生產(chǎn)實績收集及統(tǒng)計，形成生產(chǎn)績效考核評估；智能化工廠生產(chǎn)集中監(jiān)控，集中操作，減少各工位人力資源需求，提升企業(yè)效益；各工藝設(shè)備采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控及操作，通過MES系統(tǒng)進行生產(chǎn)統(tǒng)一管控，進而實現(xiàn)各生產(chǎn)工藝協(xié)同生產(chǎn)，實現(xiàn)無人化生產(chǎn)管控。

5）各生產(chǎn)工藝區(qū)域建設(shè)要實現(xiàn)一定程度的智能化，而這些智能化的實現(xiàn)，就會形成各區(qū)域內(nèi)工藝設(shè)備數(shù)據(jù)交換需求、各工藝區(qū)域設(shè)備間也會產(chǎn)生數(shù)據(jù)通信的需求，甚至辦公網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、視頻網(wǎng)三網(wǎng)間也會形成網(wǎng)間數(shù)據(jù)交換需求。而這些需求對數(shù)據(jù)通信的量和速度是不相同的，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能定位需要有針對性地進行。

6）網(wǎng)際間數(shù)據(jù)通訊的可靠性快速性及網(wǎng)絡(luò)安全，網(wǎng)際間數(shù)據(jù)通訊的可靠性快速性與網(wǎng)絡(luò)安全是一個矛盾的量，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，這兩者的均衡性也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時需要考慮的重要因素。

3.2 辦公網(wǎng)

辦公網(wǎng)絡(luò)以辦公樓為中心作為匯聚層接入昆鋼新區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)，原料堆場、產(chǎn)品堆場、小件切割區(qū)域、立體倉庫及AGV自動運輸系統(tǒng)區(qū)域、高速鉆床及坡口機區(qū)域、型材加工區(qū)域或鋸鍛鎖區(qū)域、機器人組焊區(qū)域、拋丸噴涂區(qū)域作為接入層來對整個智能制造園區(qū)進行辦公網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。

圖1 辦公網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.3 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)以辦公樓為中心作為匯聚層，原料堆場、產(chǎn)品堆場、小件切割區(qū)域、立體倉庫及AGV自動運輸系統(tǒng)區(qū)域、高速鉆床及坡口機區(qū)域、型材加工區(qū)域或鋸鍛鎖區(qū)域、機器人組焊區(qū)域、拋丸噴涂區(qū)域作為接入層來對整個智能制造園區(qū)進行生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中將對小件智能下料中心進行無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋來滿足對AGV小車的使用。各區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為百兆網(wǎng)，區(qū)域間設(shè)計為千兆網(wǎng)。

圖2 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.3.1 鋸鉆鎖生產(chǎn)線上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信要求

圖3 鋸鉆鎖生產(chǎn)線操作站示意圖

1）標準產(chǎn)品控制器采用采用西門子品牌控制器，非標控制器由設(shè)備制造商完成通信接口和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與上位操作站監(jiān)控軟件的通信，為建設(shè)方開發(fā)全廠MES系統(tǒng)創(chuàng)造統(tǒng)一的通信方式、統(tǒng)一的通信協(xié)議。

2）設(shè)備制造商完成鋸鉆鎖生產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)設(shè)備集成，所有設(shè)備通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機進行通信，區(qū)域交換機及交換機到整個廠區(qū)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由甲方負責設(shè)計實施。

3）操作站使用西門子工業(yè)控制監(jiān)控軟件WinCC，在操作站上完成如下功能：人機對話、設(shè)備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)顯示、設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)實績收集。

4）設(shè)置4個操作站，其中三個操作站使用研華19寸觸摸屏一體機，分別安裝于三條鋸鉆鎖生產(chǎn)線現(xiàn)場合適位置，操作站4使用pc機，安裝于中控室。

3.3.2 鋸鉆鎖生產(chǎn)線上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信要求

圖4 鋸鉆鎖生產(chǎn)線操作站示意圖

1）標準產(chǎn)品控制器采用采用西門子品牌控制器，非標控制器由設(shè)備制造商完成通信接口和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與上位操作站監(jiān)控軟件的通信，為建設(shè)方開發(fā)全廠MES系統(tǒng)創(chuàng)造統(tǒng)一的通信方式、統(tǒng)一的通信協(xié)議、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。

2）設(shè)備制造商完成立體倉庫自動物流線區(qū)域內(nèi)設(shè)備集成，所有設(shè)備通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機進行通信，區(qū)域交換機及交換機到整個廠區(qū)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由甲方負責設(shè)計實施。

3）操作站使用西門子工業(yè)控制監(jiān)控軟件WinCC，在操作站上完成如下功能：人機對話、設(shè)備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)顯示、設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)實績收集。4）設(shè)置2個操作站，其中操作站2使用研華19寸觸摸屏一體機，安裝于生產(chǎn)線現(xiàn)場合適位置，操作站1使用pc機布置位于中控室。

3.3.3 拋丸噴涂生產(chǎn)線上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信要求

圖5 拋丸噴涂生產(chǎn)線操作站示意圖

1）標準產(chǎn)品控制器采用采用西門子品牌控制器，非標控制器由設(shè)備制造商完成通信接口和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與上位操作站監(jiān)控軟件的通信，為建設(shè)方開發(fā)全廠MES系統(tǒng)創(chuàng)造統(tǒng)一的通信方式、統(tǒng)一的通信協(xié)議。

2）設(shè)備制造商完成拋丸噴涂生產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)設(shè)備集成，所有設(shè)備通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機進行通信，區(qū)域交換機及交換機到整個廠區(qū)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由甲方負責設(shè)計實施。

3）操作站使用西門子工業(yè)控制監(jiān)控軟件WinCC，在操作站上完成如下功能：人機對話、設(shè)備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)顯示、設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)實績收集。

4）設(shè)置4個操作站，其中三個操作站使用研華19寸觸摸屏一體機，分別安裝于生產(chǎn)線現(xiàn)場合適位置，操作站4使用pc機安裝于中控室。

3.3.4 切割及分揀生產(chǎn)線上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信要求

圖6 切割及分揀生產(chǎn)線操作站示意圖

1）標準產(chǎn)品控制器采用采用西門子品牌控制器，非標控制器由設(shè)備制造商完成通信接口和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與上位操作站監(jiān)控軟件的通信，為建設(shè)方開發(fā)全廠MES系統(tǒng)創(chuàng)造統(tǒng)一的通信方式、統(tǒng)一的通信協(xié)議。

2）設(shè)備制造商完成切割及分揀生產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)設(shè)備集成，所有設(shè)備通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機進行通信，區(qū)域交換機及交換機到整個廠區(qū)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由甲方負責設(shè)計實施。交換機到切割機、分揀機器人的通訊接口、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換由設(shè)備制造商設(shè)計實施。

3）設(shè)置2個操作站，其中一個操作站使用研華19寸觸摸屏一體機，安裝于現(xiàn)場合適位置，另一臺操作站使用pc機，安裝于中控室。

4）操作站使用西門子工業(yè)控制監(jiān)控軟件WinCC，在操作站上完成如下功能：人機對話、設(shè)備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)顯示、設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)實績收集。

3.3.5 數(shù)控鉆床生產(chǎn)線上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信要求

圖7 數(shù)控鉆床生產(chǎn)線操作站示意圖

1）標準產(chǎn)品控制器采用采用西門子品牌控制器，非標控制器由設(shè)備制造商完成通信接口和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與上位操作站監(jiān)控軟件的通信，為建設(shè)方開發(fā)全廠MES系統(tǒng)創(chuàng)造統(tǒng)一的通信方式、統(tǒng)一的通信協(xié)議。

2）設(shè)備制造商完成數(shù)控鉆床生產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)設(shè)備集成，所有設(shè)備通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機進行通信，區(qū)域交換機及交換機到整個廠區(qū)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由甲方負責設(shè)計實施。

3）操作站使用西門子工業(yè)控制監(jiān)控軟件WinCC，在操作站上完成如下功能：人機對話、設(shè)備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)顯示、設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)實績收集。

4）設(shè)置2個操作站，其中操作站1使用研華19寸觸摸屏一體機，安裝于鉆床生產(chǎn)線現(xiàn)場合適位置，操作站2使用pc機布置位于中控室。

3.3.6 組焊生產(chǎn)線上位監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信要求

圖8 組焊生產(chǎn)線操作站示意圖

1）標準產(chǎn)品控制器采用采用西門子品牌控制器，非標控制器由設(shè)備制造商完成通信接口和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)與上位操作站監(jiān)控軟件的通信，為建設(shè)方開發(fā)全廠MES系統(tǒng)創(chuàng)造統(tǒng)一的通信方式、統(tǒng)一的通信協(xié)議。

2）設(shè)備制造商完成組焊生產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)設(shè)備集成，所有設(shè)備通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交換機進行通信，區(qū)域交換機及交換機到整個廠區(qū)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由甲方負責設(shè)計實施。

3）操作站使用西門子工業(yè)控制監(jiān)控軟件WinCC，在操作站上完成如下功能：人機對話、設(shè)備運行狀態(tài)及關(guān)鍵參數(shù)顯示、設(shè)備預(yù)警數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)實績收集。

4）設(shè)置3個操作站，其中2個操作站使用研華19寸觸摸屏一體機，互為備用，安裝于組焊生產(chǎn)線現(xiàn)場合適位置，操作站3使用pc機，安裝于中控室。

3.4 視頻網(wǎng)

廠區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用純網(wǎng)絡(luò)模式，前端全部采用網(wǎng)絡(luò)攝像機，信號通過廠區(qū)局域網(wǎng)傳輸。中心機房設(shè)置在監(jiān)控中心旁，內(nèi)部包含了管理控制子系統(tǒng)和集成聯(lián)動等部分，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，是軟件平臺的核心；在保安亭設(shè)置分控中心，保安人員可以在保安室通過客戶端預(yù)覽、回放監(jiān)控錄像，并能在權(quán)限范圍內(nèi)對前端監(jiān)控點進行控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

視頻圖像與過程控制監(jiān)控及生產(chǎn)操作集成時，通過視頻服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，通過軟件處理，與生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、PLC過程控制數(shù)集成，形成生產(chǎn)操作及控制系統(tǒng)。

圖9 廠區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 機房匯集

辦公網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、視頻網(wǎng)匯集到中心機房，在機房設(shè)置生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)服務(wù)器、視頻數(shù)據(jù)服務(wù)器，再利用服務(wù)器作為網(wǎng)橋，把辦公網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)和視頻網(wǎng)三網(wǎng)匯集，實現(xiàn)ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通，數(shù)據(jù)共享，最終實現(xiàn)辦公、項目設(shè)計、經(jīng)營管理、生產(chǎn)管控、過程操作監(jiān)控高度集成的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

5 設(shè)備選型

5.1 辦公網(wǎng)

交換機要求滿足的參數(shù)：1、交換容量≥590 bps，轉(zhuǎn)發(fā)性能≥220 pps；，設(shè)備品牌華三、銳捷、華為。

5.2 生產(chǎn)網(wǎng)

服務(wù)器兩臺，互為備用，滿足以下參數(shù)：4個Intel2.3 Hz 處理器內(nèi)存：512 B TruDDR4 2666 MHz ，品牌：IBM、HP、DEL，接入交換機滿足以下參數(shù)：交換容量≥120 bps，轉(zhuǎn)發(fā)性能≥20Mpps；,品牌為華三、銳捷、華為。

匯集交換機要求滿足的參數(shù)為：交換容量≥590 Gbps，轉(zhuǎn)發(fā)性能≥220 Mpps；，品牌為華三、銳捷、華為。

5.3 視頻網(wǎng)

接入交換機要求滿足的參數(shù)為：交換容量≥120 bps，轉(zhuǎn)發(fā)性能≥20 pps；

匯集交換機要求滿足的參數(shù)為：交換容量≥590 bps，轉(zhuǎn)發(fā)性能≥220 pps，品牌為華三、銳捷、華為。

服務(wù)器要求滿足的參數(shù)為：4個 Intel2.3 Hz 處理器內(nèi)存：512GB TruDDR4 2666 MHz，品牌為IBM、HP、DEL。

5.4 機房三網(wǎng)匯

匯集交換機要求滿足的參數(shù)為：交換容量：≥85 bps，轉(zhuǎn)發(fā)性能：≥26 00 pps。

6 結(jié)語

昆鋼智能制造廠網(wǎng)絡(luò)按照功能以分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)劃，整個園區(qū)網(wǎng)絡(luò)又分為辦公網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、擴展性好、便于管理維護，可以滿足昆鋼未來3～5年內(nèi)的發(fā)展需要。