ICS网络集成有利于互联工厂

工程师们希望建立一个与工业控制系统(ICS)相连的工厂,需要考虑许多方面,包括网络协议和设施的基本结构。

通过艾伦•波尔克 2023年5月11日
图片由布雷特·塞尔斯提供

学习目标

  • 了解在建立联网工厂时哪些因素会起作用。
  • 了解工业控制系统(ICS)所起的作用以及有哪些类型的ICS。
  • 了解网络协议的作用以及在设施中的连接位置。

工业控制系统(ICS)见解

  • 通过工业控制系统(ICS)带来实时数据,互联工厂有可能改变制造业。
  • 建立联网工厂的工程师可能会被网络协议搞得不知所措,但一个好的经验法则是有两三个网络协议。
  • 一个设计良好的ICS系统将在尽可能少的地方接口,同时仍然提供适合应用程序的冗余。

一个典型的工业控制系统(ICS)有多少组件?大多数至少有一个分布式控制系统(DCS)或可编程逻辑控制器(PLC),许多都有。有多少包括安全仪表系统(SIS)、在线和离线分析仪、智能仪表、资产管理套件和边缘设备?

通过将实时数据引入制造执行系统(MES),互联工厂有可能改变制造业,这有助于减少供应链的不确定性并提高吞吐量。

然而,对于负责建立联网工厂的控制工程师来说,挑战可能令人望而生畏。他们必须让所有组件以安全的方式一起工作,同时不引入过多的复杂性或支持系统所需的维护。

多少网络协议算多?

建立一个互联的工厂可以是一个字母汤的练习。有几十种协议可用于在系统之间传输数据。虽然较大的ICS供应商可能支持大多数协议,但许多较小的供应商只支持少数协议。更复杂的是,防滑设备制造商通常只支持一种协议,以减少向世界各地的工厂运送防滑设备的复杂性。

通过专注于减少控制系统中使用的协议数量,用户可以减少需要维护的不同网络的数量。它还减少了配置和监控这些网络所需的软件包的数量,并标准化了数据寻址,使故障排除更有效。

尽管通过开放过程自动化论坛在过程控制通信的OPC UA标准化方面取得了重大进展,但我们距离将工厂减少到一个协议还有很多年的时间。只有两个或三个协议是一个现实的目标。

在哪里连接网络协议

虽然边缘设备和滑动装置上的连接点通常是固定的,但控制工程师通常有一些选择,他们可以将这些连接点引入基本过程控制系统(BPCS)。虽然OPC通常需要基于windows的PC作为接口点,但大多数其他设备可以直接与DCS或PLC系统通信。大多数2线和4线协议通常通过输入输出(I/O)机架中的接口卡进入。许多基于tcp的协议可以通过多种方式引入,包括直接引入控制器、通过接口卡或通过专用网关。

在考虑系统接口的位置时,需要考虑几个关键因素。通过使用专用接口网关,可以使用多种协议并从各种系统收集数据,将它们全部放在控制系统主干上,可以获得简单性。然而,这也会造成单点故障。也许有些接口需要比其他接口更快的数据更新速度。这可能需要将它们放在与其他协议分开的接口卡上,以获得高速数据传输。

一个设计良好的系统将在尽可能少的地方接口,同时仍然提供适合应用程序的冗余。虽然将通信直接引入PLC或DCS控制器降低了复杂性,但它也使控制工程师处于可能需要对负责关键功能的设备上可能不是关键功能的东西进行维护的位置。如果需要更换BPCS控制器(拆卸整个过程单元)以恢复与辅助滑橇单元的通信,那将是非常不幸的。将通信接口点放置在IO机架中的专用模块中,或放置在独立的通信网关中,可以将这些通信设备与BPCS逻辑执行分开更换或重新启动,从而为控制工程师的故障排除和维护工具箱增加了灵活性。

一些DCS/PLC供应商提供接口控制器,它可以同时在几个网络上使用多种协议。它们甚至可以执行小的逻辑求解,这样就可以执行特定于接口模块的逻辑,而无需遍历网络到BPCS逻辑求解器。当这些通信网关控制器提供冗余设置时,对于希望简化网络并在不牺牲冗余的情况下增加维护灵活性的控制系统工程师来说,它们可能是一个有吸引力的解决方案。

艾伦•波尔克提取物运营技术/网络安全负责人;哈格罗夫控制与自动化。哈格罗夫控制与自动化公司是该协会的认证成员控制系统集成商协会。编辑克里斯·瓦夫拉,网络内容经理,控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com

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关键词:以太网,工业控制系统

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作者简介:Alan Polk, PE,是Hargrove Controls & Automation的OT和网络安全负责人。Polk在过程控制系统配置和设计方面拥有超过15年的经验。他在纸浆和造纸、精炼和特种化学品方面拥有丰富的经验。他的专业知识包括控制优化过程设计、控制系统规范、系统配置、项目调试、项目管理、控制系统网络+安全以及控制系统错误和故障的根本原因分析。波尔克被认为是批处理和排序操作方面的专家。