备赛西门子——信息化网络化

1. 赛项背景

  以智能工厂、智能车间、智能产线中实际工业通信网络为应用背景，重点考察参赛选手面向实际工业生产通信网络的技术需求分析、网络结构设计、工业信息安全设计、实施及故障处理能力，鼓励在满足通信技术需求的条件下在网络结构设计与网络功能实现方面的创新。
  在工业4.0、中国制造2025这样一个时期，工业网络是安装在工业环境中的全数字化通讯系统，连接设备、控制器、人机界面、管理系统的工业神经系统。

2. 具备能力

  a) 网络系统需求分析能力
  b) 网络系统综合设计的能力（结构、安全、可视化）
  c) 设备选型能力
  d) 利用TIA PORTAL STEP 7软件对PLC组态的能力
  e) 工业网络调试和配置的能力
注意：时间的合理搭配，每一个步骤要留有足够的时间，特别是最后要注意下网线是不是插对了。

3. 使用到的软件

西门子Primary Setup Tool（PST）V4.2 用于交换机IP配置
 (只是对于IP进行一个配置，没必要用高版本)
西门子TIA Portal V14及其以上版本 完成S7-1200组态
（15.1以下14以上，用于完成一些简单的组态）
西门子PROFINET 网络调试和诊断工具PRONETA

4. 学习路线（无设备情况下）

  a) 基础学习：
    线上网络配置课程、线上实操课程；
  b) 深化学习：
    依据样题，分步分点，完成方案设计；
  注意：真正比赛的时候题目不会和工厂的需求那样复杂，但是在标书的方案设计的时候，必须要根据样题的每一点设计相应的方案，尽量高吻合度的满足工厂的需求。
  c) 扩展学习：
    通过网络学习解决疑难；寻找多种解决方案；
  d) 实践训练：
    赛前上机训练；

5. 样题分析

样题：
  工厂布置示意图如图1所示，主要包含生产管理区、控制中心和产线3个部分。两条产线不完全相同，每条产线包含6个按直线排列的工艺单元。厂各区域电气干扰较弱。工艺单元1-3 各包含两个PLC,工艺单元4-6各包含一个PLC,用于控制工艺单元内部生产加工操作，其中产线1工业单元4-6主要控制的是高速运行的设备。控制中心主要包含工程师站、操作员站和生产数据采集、存储和信息可视化系统。在控制中心操作员站上可以监视工厂网络的运行状态。控制中心、产线及其之间的网络称为生产控制层网络。生产管理区中安装有生产管理系统，与控制中心进行通讯。生产管理区的网络称为生产管理层网络。工厂预计两年后会加入成本投资扩展更多产线。

            
解析、注意点：

a) 3个部分：生产管理区、控制中心和产线要进行网络通讯，生产管理区能否访问产线，控制中心能否访问，两者访问之间会不会有什么干扰等问题，需要查阅一些资料，弄清楚生产管理区、控制中心以及产线一般是做什么的，需要进行一些分析。
b) 两条产线不完全相同：所以在做方案的时，不能只是产线1和产线2的复制粘贴，该样题中，两条产线的区别就是4-6主要控制的是“高速”运行的设备，则其IO通讯的要求就会更高。
c) 工厂预计两年后会加入成本投资扩展更多产线：从整体上，对产线1进行一个网络规划，产线2进行一个网络规划，如果工厂预计两年后会加入成本投资，那么要为以后留足一定的网络空间和一定的IP地址。
d) 生产管理层网络：网络中是否需要做些防火墙，以及其他的一些控制。

项目的技术需求：

 生产管理区、 控制中心、产线都需要网络进行信息交互，考虑整体系统的IP规划;
 需要考虑 工业信息安全，如工厂生产控制层网络与生产管理层网络的安全隔离手段（进行细致分析，优选隔离手段）,保护生产控制层网络中PLC、工程师站等设备不被恶意攻击;
 远程维护工作站通过工厂intranet 与控制中心建立安全可靠连接，要求安全的加密传输数据，必要时对生产控制系统程序进行维护**（端口的通与不同是需要认真考虑的）;
 由于产线 1和产线2内部的网络架构及IP规划是一样的，需考虑使用网络技术手段避免工厂网络中的IP冲突**;
 充分考虑工厂网络的冗余度及自愈性;
 对于工艺单元1-3， 要求每个工艺单元中的两个PLC之间采用实时通讯（profinet IO通讯等）;
 控制中心利用工业级边缘网关，采集产线的生产数据,存储到数据库中,并能够通过浏览器进行可视化显示;可视化界面可监视工厂工业单元生产状态（在比赛的时候不会考察这点，但是在标书中是需要考虑到的）。
 要求在控制中心操作员站中可以监视工厂网络的运行状态，及时发现网络故障，并对故障做出及时处理（用什么工具进行监视）。
 生产管理区的信息系统，不作为设计内容。
 充分考虑工厂网络的可扩展性，方面后续工厂规模扩大（是否留有足够的IP等）。
 厂车间可能需要考虑多种路由方式（每种路由方式的对比，得出优劣结论），静态、动态（初赛不会考到动态路由，但是方案中要设计出来）、本地路由等。同时应保证路由设备能够实现冗余备份。

结构、安全设计：

 IP规划 大规模用动态DHCP规划，小规模用静态规划（本地路由）
 网络安全 网络隔离（VLAN ACL NAT）
 相同IP规划 对IP进行变化(利用什么方式)
 网络冗余 冗余接线，冗余管理协议（如HRP）
 实时通信 PLC间实时通信

信息采集、可视化设计：

 远程维护
 OPC采集生产数据
 控制中心监控数据
注意：在设计方案时每一步一定要进行详细的规划；

6. 竞赛设备简单说明

 西门子交换机SCALANCE XM408-8C(支持路由功能，4个光口，8个电口，主要是用电口)；
 西门子交换机SCALANCE XB208（支持VLAN的划分）；
 西门子交换机SCALANCE XB208；
 西门子无线模块（无线接入点AP及客户端）SCALANCE W774、SCALANCE W734;
 西门子无线设备功能卡K-PLUG;
 西门子PLC S7-1200;
 操作面板，配有按钮、指示灯、旋钮及温度传感器和变送器，模拟生产单元的数字量和模拟量数据，与PLC S7-1200的DI、DQ和AI端子连接；
 西门子信息安全模块：SCALANCE S615（防火墙）;
 全向天线；
            

7. 竞赛时间安排

                
              

8. 初赛流程安排

a) 赛前

 参赛队伍划分赛区
 提前到初赛区赛点报道
 预约进行上机训练
 按照赛区安排随机比赛分组
 全国统一时间进行初赛

b) 比赛

 初赛前根据样题完成初赛方案
 初赛时当场发放题目，在规定时间内完成赛项要求
 评委按评分表按照功能完成情况进行分步评分
 赛后可离开，成绩和决赛入选名单公布官网
 比赛获奖项会在比赛官网个人档案生成电子档案

b) 时间（赛程总时间内）

 赛题分析
 设计方案
 分配任务
 现场调试
 示意考官评分，结束比赛（不计入时间）
 保存赛题资料（不计入时间）
注意：分数相同，用时短的队伍排名高

9. 部分基础知识讲解

a) VLAN子网划分

  1） 冗余：当一网线拔掉了之后，另外一根网线是否还能进行通讯；
  2） 标签是否：区分M与U，M是打了标签的，U是没有打标签的；
  3） 大小写U：一定注意。

b) 本地路由——网关

不同的IP地址之间怎么通讯：通过一个对象的网关向另一个对象的网关发送请求，也就是要组态网关，只有组态了网关他们之间才能进行通讯，特别是在PLC 的配置中，使用路由器的选项就是配置网关的操作。
在不通的情况下检查XM408（可能你的不带三层）启动三层是否！！！

c) 无线通讯信道

  注意无线信道的选择。

d) ACL访问控制列表(Acess Control Lists)

  配置顺序：按照用户配置规则的先后顺序进行规则匹配。