思科制造業(yè)智能工廠解決方案Presenter

NameTitle,

Cisco思科智能工廠網絡解決方案由三部分組成，

分別

是智能計劃層網絡解決方案，智能MES層網絡解

決方案以及智能控制層網絡解決方案組成。本次

介紹并沒有包含三個解決方案的全部內容，

如需

進一步了解，可從公司行業(yè)與解決方案共享

服務器上獲得。希望大家多提寶貴意見CIMS計算集成制造系統(tǒng)ERP企業(yè)資源計劃MES制造執(zhí)行系統(tǒng)制造企業(yè)生產網絡IT架構執(zhí)行層（面向車間生產控制）控制層（面向車間作業(yè)現(xiàn)場）計劃層（面向客戶）FCS現(xiàn)場控制系統(tǒng)ERP等系統(tǒng)（計劃層）將實時的產品

庫存量、客戶訂單狀況與材料需求等

信息傳送至MES，MES進行生產或安

排庫存以滿足客戶訂單需求。MES系統(tǒng)（中間層）負責完成產品制

造工作，產品的規(guī)格、型號參數(shù)等相

關資料儲存于此系統(tǒng)中，

MES將此產

品相關資料轉化為作業(yè)程序提供給控

制系統(tǒng)的作業(yè)人員或機器設備來使用?？刂葡到y(tǒng)（底層），當作業(yè)程序、相

關流程、文件及其它相關生產需求項

目就緒，控制系統(tǒng)便運用所有工廠內

相關資源（軟、硬件及人員）負責完

成生產制造過程以達成產品生產目標。各層間數(shù)據流走向云平臺網絡虛擬化

多媒體支撐MESCiscoCatalyst

4500DriveController

HMI

Distributed

I/OCell/Area#1(Redundant

StarTopology)ControllerHMIDriveDistributed

I/OCell/Area#3(Bus/StarTopology)前端服務器Gbps

Linkfor

FailoverDetectionFirewall

(Active)ERPAppsCRMSCMCisco

Catalyst

6500/4500車間應用服務器實時控制<50ms

收斂安裝便利高可用接入安全

靈活接入

Cisco

Catalyst

3KIndustrialLayer

2Access

Switch計劃層Firewall

(Standby)FCSDriveHMI智能計劃層解決方案智能執(zhí)行層解決方案智能控制層解決方案高可用網絡無線車間虛擬桌面安全接入無線園區(qū)數(shù)據中心無線應用智能物流/倉

儲工業(yè)以太網統(tǒng)一協(xié)同思科制造行業(yè)智能計劃層

網絡解決方案計劃層服務CRM客戶關系管理一體化接入媒體感知某著名企業(yè)性協(xié)同通信思科制造行業(yè)智能計劃層構架計劃層基礎設施虛擬桌面無邊界網絡協(xié)作數(shù)據中心PDM產品數(shù)據管理ERP企業(yè)資源計劃SCM供應鏈管理基礎設施統(tǒng)一交換架構企業(yè)視頻計劃層應用虛擬化集中管理減少維護人員，降低維護成本

統(tǒng)一計費，統(tǒng)一核算與現(xiàn)有桌面系統(tǒng)集成集成現(xiàn)有的某著名企業(yè)MOC的語音和視

頻，擴展協(xié)同的手段某著名企業(yè)/Mobility將通信轉接到任何指定的設備上?？焖俳尤肟稍诰W絡中的任何節(jié)點通過多種

可能的方式實現(xiàn)通信OCSVideosystemTelephoneCUCM+VCSBBA日常辦公系統(tǒng).通過集中管理桌面應用程序和用戶降低成本.簡化桌面和應用程序部署研發(fā)系統(tǒng).防止敏感信息.集中控制桌面和數(shù)據.分離公司和個人桌面

3DCADVirtualized

Environment.Designwork

invirtualizedworkstationof

data

center.Designdrawing

data

issaved

incentral

storage.Work

environmentthat

can

useterminal

whichsimultaneouslybringsvirtualizedoffice.Provideflexiblework

environmenttoexternal

userand

partners.Provideagoodoffice

environmentHyundaiVDI

POC架構

Measurement?

paredtoexistingworkstations

:0.065~0.21secondsdifferencein

responserate?

paredtothebladeworkstation

:0.035~0.195secondsdifferencein

response

rate

Systems?

CPU

:3.43GHzvs2.93GHzdifferencein

responserate

20%?

Canamodate

12

people

perblade(CPU

usage

up

to

50%)

Overall

Evaluation

Results?

“a

littleslower"?

Can

beappliedtoPartnersTeamCADworkstations(Security-sensitivedesignworkcan

bereplaced

:20%)測試結果豐富的協(xié)作應用虛擬化VDI/VXI情景感知的動態(tài)策略可視化一體管理一體化安全制造行業(yè)網絡一體化接入一體化網絡2010Ciscoand/oritsaffiliates.

All

rights

d.思科制造行業(yè)智能MES

網絡解決方案MES具有節(jié)點分布廣，

層次多的特點，同

時基于成本節(jié)省和

快速部署的原因，決定了MES必須具備

靈活接入的能力。WLAN是最常用的手

段MES是生產的關鍵組

成部分，負責把現(xiàn)

場控制層和企業(yè)計

劃層連成統(tǒng)一的網

絡。

MES必須有一個

可靠的的網絡平臺

來保證生產的順利

運作。雙機系統(tǒng)和

雙鏈路連接是常用

的高可用技術MES上聯(lián)企業(yè)計劃層

,下聯(lián)現(xiàn)場控制層

。需要在MES網絡中

部署相應的安全手

段來保證MES自身以

及與其直接相連的

企業(yè)計劃層，下聯(lián)

現(xiàn)場控制層的安全

性。準入控制是必

備的安全手段之一可靠性安全性靈活性MES系統(tǒng)對網絡的需求ERPAppsCRMSCMFirewall

(Standby)前端服務器Gbps

Linkfor

FailoverDetectionFirewall

(Active)Cisco

Catalyst

6500/4500車間應用服務器CiscoCatalyst

3KDriveController

HMI

Distributed

I/OCell/Area#1(Redundant

StarTopology)高可用接入安全

靈活接入CiscoCatalyst

4500MESControllerHMIDriveDistributed

I/OCell/Area#3(Bus/StarTopology)實時控制<50ms

收斂安裝便利云平臺網絡虛擬化

多媒體支撐無線AP無線APIndustrialLayer

2Access

Switch計劃層無線控制器FCSDriveHMI網關工業(yè)現(xiàn)場無線網絡ISA-100a或WirelessHART制造行業(yè)無線車間架構

WIFI

電話生產線無線網絡MES

網絡廠無線接入點

廠Cisco

Catalyst

6500/4500無線接

入點無線控制器RFID

設備CiscoCatalyst

3K無線網管RFID在MES網絡中部署思

科無線解決方案，采用

RFID的方式，通過實

時上傳部件信息到計劃

層ERP系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個生產流程的管理和

監(jiān)控固定式RFID

讀寫器掃描器Windows平臺的車載或

固定安裝的電腦整合了無線廣域網以及

GPS技術的手持終端室內以及室外

AP條碼及RFID

打印機RFID的手持終端鍵盤式手持終端托盤標簽語音識別集成Cisco21Cisco21思科智能工廠控制層

網絡解決方案很多自動化設備廠商已將開始向工業(yè)以太網方向轉移?

優(yōu)勢：標準開放，理和集成

帶寬豐富可實現(xiàn)遠程訪問和支持多種接入手段和多媒體的支持?

困難多網絡共存管理維護困難帶寬有限缺乏遠程訪問和支持的能力Corporate

NetworkControlNetworkDevice

Level

Network

EthernetBack-office

Mainframe

s

and

ServersHuman

MachineInterfaceOfficeApplications,Internetworking,

DataServers,StorageOfficeApplications,

Internetworking,DataServers,Storage基于以太網構架Sensors

andOtherInput/OutputDevicesProgrammableLogicControllersBack-office

Mainframe

s

and

ServersSensorsandOtherInput/OutputDevicesControl

Network

GatewayProgrammableLogicControllers傳統(tǒng)構架Motors,Drives,ActuatorsMotors,Drives,ActuatorsHumanMachineInterfaceCorporate

NetworkPC

BasedControllersPC

BasedControllersEthernetRoboticsRobotics提升運營可視性.

底層設備的統(tǒng)一網絡.

制造過程-企業(yè)運營的緊密集成提升業(yè)務可靠性和安全性.

網絡安全與高可用.

網絡冗余彈性提升運行效率.

標準化的架構.

可擴展的網絡平臺加速事件響應.

遠程訪問與監(jiān)控.

故障診斷和技術支持HMIDriveControllerCell/Area#2(RingTopology)ControllerHMIDistributed

I/OCell/Area#3(LinearTopology)Enterprise/ITIntegrationCollaborationERP/SCM/BI/

…WirelessApplication

OptimizationPatch

ManagementTerminalServicesApplicationandDatashareAccess

ControlDetectionThreatProtectionFirewall(Active)SiteOperationsandControlMulti-ServiceNetworksNetworkandSecurity

ManagementNetwork

ServicesRoutingDriveControllerDistributedI/OCell/Area#1(Redundant

StarTopology)EtherNet/IP(IndustrialProtocols)Real–TimeControlFastConvergenceTrafficSegmentationandManagementEaseof

UseManufacturingZone

Level

3Distributionand

CoreCell/AreaZone

Levels0-2Layer2AccessDemilitarizedZone

(DMZ)

FirewallsEnterpriseNetworkLevels4-5RockwellAutomationStratix8000Layer2AccessSwitch

DriveCiscoCat.

3750StackWiseSwitchStackFactoryTalkApplicationServersApplication

MirrorAV

ServerCiscoCatalyst

6500/4500Gbps

Linkfor

FailoverCiscoCatalyst

SwitchFirewall

(Standby)CiscoASA5500HMIManufacturing.Purdue

Reference

ModelforControl

Hierarchy.ISA-95

Enterprise—ControlSystem

Integration.ISA-99—

ManufacturingandControlSystemsSecurity.NIST800-82—

IndustrialControlSystemSecurity.ODVAmonIndustrialProtocol

(CIP).

Profinet—Technology.IEEE

802.3—standard

Ethernet,PrecisionTimeProtocol

(PTP—1588).IETF—standard

Internet

Protocol(IP)Builton

IndustryStandards“采用統(tǒng)一標準的網絡平臺，使我們能夠簡單快速的

提升系統(tǒng)可靠性并降低成本，從而更有效的將工作

重心聚焦在業(yè)務創(chuàng)新上.

“—

Kirk

Gutmann,

全球制造部門CIO,

GM?

從業(yè)務層到制造設備底層，全部采用

集成化的網絡架構?

全球統(tǒng)一的技術標準和支持體系?

將網絡停機時間減少了95%?

加速了故障響應過程集成化的網絡架構驅動業(yè)務提升08.html核心交換機千兆接口數(shù)量：

>=2三層交換機，能路由節(jié)點交換機千兆接口數(shù)量：

<=2二層交換機，不能路由思科工業(yè)網絡解決方案簡介Device

Manger,Smart

Ports,

CIP-

Support,

IESwapDrive,

DHCPpersistanceLayer2-4ACL

’s,

Port

Security,

UserBased

Authentication(802.1x/NAC),Secure

CIPIEEE

1588

PTP,ODVA

CIP,VLAN,

802.xx,

QoS,

IGMP,

Profinet,

REPconvergenceEasy-to-UseEfficientdeployment,

managementandreplacementSecureIntegratedsecurity—forITand

industrialapplicationscisco

IE

3000seriesIndustry

Leading

IndustrialSwitchingITandIndustrial

IntegrationLeadingCiscoswitchingcapabilitiesandkeyfeaturesforindustrialapplicationsExtendedshock,vibration,

humidity

andthermalenvironmentsRuggedDesignedfor

industrialapplications.

4

&

8-

端口基礎模塊

(10/100BaseT）–

雙用途上聯(lián)接口.10/100/1000BaseTor

SFP–尺寸.6.0”w

x5.8”

hx4.4”d.

8-

端口電口擴展模塊

(10/100BaseT).

8-

端口光口擴展模塊

(100FX多模)–

擴展選項:.1個或兩個8端口電口擴展模塊

.1個8口的百兆擴展模塊.1個8口的電口模塊加1個8口的百兆電口模塊

–

尺寸.3.5”w

x

5.8

h

x

4.4”

d.

擴展電源選項–擴展電源的電壓輸入:

.85-265VAC.88-300VDC–

尺寸:.2”w

x

5.8”

h4.4”

d?2011Ciscoand/oritsaffiliates.

All

rightsd.cisco

IE

3000seriesIndustry

Leading

IndustrialSwitching2

IE-3010-

16S-8PC雙千兆上聯(lián)，

16個100MSFP光口

下聯(lián)，8個100M電口下聯(lián)，雙交流/直流電源，

-40

°Cto60

°C雙千兆上聯(lián)，

24個100M電口下聯(lián)，雙交流/直流電源，

-40

°Cto

60

°Ccisco

IE-3010系列工業(yè)交換機(機架式)IE-3010-24TC后面板視圖1Cisco

IE2000Seriesaredesignedforlow

cost,

low

ports,

and

small

sizes:?4,8,or

16

10/100Base-T

Ethernet

ports

fixed

configurations

withpact

form

factor?2x

Gigabitbo

ports,

SFP

or

RJ45

uplink?

Dual-input

DC

powersupply,alarm

relays,

DIN

rail

mount?One

modelwithconformal

coating?SwappableSDflashcard

(forconfigurationstorage),

mini-USB

connector,

RS-232

console

port?

Industrialenvironmentalplianceandcertifications?

Industrial

partnerapplications:

EtherNet/IPand

PROFINETcisco

IE

2000series固定端口配置的2層交換機LAN

Lite

FeatureSet

LAN

Base

FeatureSetPeriod1secondor

longer10

msto

100

ms<1

msIndustriesOil&gas,

chemicals,energy,waterAuto,foodandbev,electricalassembly,semiconductor,metals,

pharmaceuticalSubsetoffactoryautomationMaterialhandling,filling,labeling,palletizing,packaging;welding,stamping,cutting,metalforming,soldering,sortingSynchronizationofmultipleaxes:printing

presses,wiredrawing,webmaking,pickingand

placingPumps,pressors,mixers;monitoringoftemperature, pressure,flow

HardwareandSoftwaresolutions,e.g.CIP

Motion,

PTPInformationIntegration,SlowerProcess

AutomationTime-criticalFactory

AutomationFactoryAutomationProcessAutomationm.TechnologyIndustrialProtocols,CIP,

etc.MotionControl.Net,

,TCP/IPApplicationsMotionControlFunction技術創(chuàng)新與客戶應用相結合多環(huán)結構SD卡-快速更換快速收斂安全特性可靠性應用亮點StandbyACTIVE請先看看我們的競爭對手是怎么做的快速收斂以HIPER-Ring（超級冗余環(huán)網協(xié)議）

為例網絡出現(xiàn)斷點網絡正常運行Broken主交換機管理工業(yè)環(huán)網的隱患快速收斂節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機主交換機備交換機邏輯斷點主模式主交換機節(jié)點交換機主交換機管理工業(yè)環(huán)網的隱患快速收斂狀態(tài)改為轉發(fā)備模式節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機邏輯斷點備交換機主模式123導致的結果1.依賴主交換機來維護環(huán)結構單點故障

&主備切換問題2.必須經過多個探測周期才能確認故障探測故障的時間周期長(3*100=300ms)3.對光纖虛接等故障無法排除造成網絡結構頻繁倒換，傳輸時通時斷主交換機管理工業(yè)環(huán)網的隱患快速收斂技術問題

備模式節(jié)點交換機節(jié)點交換機主交換機備交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機主模式邏輯斷點彈性以太網協(xié)議環(huán)形鏈路斷路保護?

Distributed

Protocol:

Any

REPportcan

initiateaswitchoveras

longas

it

haspreviouslyacquiredasecure

keyto

unblockthealternateport.?UsingaCisco

Multicastaddress,thenotificationisforwardedin

hardwaresothateachnode

inthesegment

is

notifiedimmediatelywithoutsoftwareinvolvementfrom

any

node.快速收斂Alternate

PortOpenOpenFailedFailedOpenOpenOpenOpen

OpenLink

Failure

notificationLink

Failure

notificationEdgeSwitch

Switch

CFloodedFloodedFloodedFloodedFlooded

Switch

D測試說明：1.測試采用16個環(huán)節(jié)點，

80%線速雙向流量方式

2.在測試VLAN300上發(fā)送80Mbps的測試流量3.背景流量在其它所有VLAN上發(fā)送，共計4個FE

端口，各發(fā)送80Mbps的背景流量測試結果：環(huán)網自愈時間在33~40毫秒ms快速收斂FeatureDescription安裝模式DIN-Rail,Wall-Mount

and

Rack-Mount

(19”

rack

converter

provided)-40C

to

75C

(-40F

to

167F)相對濕度5%-

95%

Condensing震蕩20g(Operational),

30g(Non-Operational)浪涌保護4

kV

(line

to

earth)/

2

kV

(line

to

line)告警Dual24Valarm

relays,

normallyopen實時以太網IEEE

1588v2–

hardware

ready光纖接口LC防護等級IP20(Protectionagainstdust,

No

protectionagainstwater)電源輸入（基礎模塊自帶）24V/48V

DC可靠性適用于惡劣環(huán)境特性描述通用工業(yè)協(xié)議

(CIP)Apeer-to-peerapplicationlayerprotocolsuite,sharedbyindustrialnetworkssuchas

DeviceNet,ControlNetandEtherNet/IP.工業(yè)自動化靈活端口模板OptimizedSmartportprofilesforindustrialautomationdevices.DHCP精確地址分配DHCPserveroffersthesame

IPaddresstothedevicesPTP(IEEE

1588v2)PTPSoftwaremodulefortimesynchronizationCatalyst2960LAN

Base

Image

+為工廠應用優(yōu)化當前版本都已提供可靠性BAlternatePortPre-emption

delay:15sec.to

300

sec.PreferredAlternatePortAlternatePortCisco

42APreferredAlternatePort2011

Cisco

.All.斷路點

Graceful恢復主要的應用亮點2可靠性故障查明/處理后PreferredAlternatePortSecondary

Edge

PortPrimary

Edge

PortPreferredAlternatePortAlternate

Port特性特性所帶來的好處VLAN

/

VLAN

Trunking減少廣播域，從而降低廣播所帶來的影響DHCP

(client)IP地址的分配SNMP

(v3)為上層管理軟件提供安全的協(xié)議IGMP

/

IGMP

snooping

(with

querier)管理組播流量的分發(fā)，提高網絡帶寬的利

用效率Broadcast

&

Multicastrate

limiting消除因為大量廣播或組播流量產生的網絡

中斷Spanning

Tree

Protocol消除網絡中的潛在環(huán)路，防止廣播風暴Rapid

Spanning

Tree

Protocol

(RSTP)在鏈路斷開后能夠使網絡迅速自愈Port

Mirroring方便問題定位Port

Security限定在一個交換端口上的接入設備個數(shù)安全特性設備級的安全特性SecurityServices

Must

notpromiseManufacturingOperationor

ImpactControlTrafficprehensiveSecurity

ArchitectureProtectingCritical

ManufacturingAssetsDeployzoneconceptforenterprise,DMZandmanufacturing

areas?Network

infrastructuresecurity?Portsecurity

(MACfiltering,etc.)?Identityaccesscontrol

withACLs

andfirewalls?

Security

managementforall

securitydevicesand

services?

Threatcontrolandcontainment—

IPS安全特性“

零配置

”更換-

當遇到問題的時候可以簡單的替換交換機-操作人員幾乎不需要懂網絡技術就可以做到替換-IE

SwapDrive

技術保證了快速的恢復存儲在SwapDrive中的文件-IOS系統(tǒng)文件

–

(tar,html)

–2

sets-

配置信息-

VLAN的數(shù)據庫-其他設備的配置信息SD卡-主機快速更換簡單彈性以太網協(xié)議區(qū)段與環(huán)形拓撲之間的關系BlockedBlocked多環(huán)結構REPSegmentREPSegment4Segment

1Segment3Segment24Segment2REP靈活的應用支持復雜的環(huán)形拓撲組網多環(huán)結構Segment34Segment

1

Segment?

精準時間協(xié)議(PTP)

多個設備間實時同步時鐘?在汽車生產網絡中有廣泛需求–

電機的控制精度需要達到毫秒級的精度–所有設備上時鐘的精度達到小于1ms–

根據時間預先定義指定操作競爭優(yōu)勢--IEEE

1588V2-精準時間協(xié)議(PTP保證PLC等機械設備，能夠在精準的環(huán)境下進行操作

標準的精準時間協(xié)議

主時鐘?

提供網絡冗余和快速收斂?支持開環(huán)或閉環(huán)等多種拓撲結構?

環(huán)的收斂時間小于50ms競爭優(yōu)勢--彈性以太網協(xié)議(

REP?

思科的創(chuàng)新之一東風汽車某著名企業(yè)某著名企業(yè)集團北京現(xiàn)代汽車上海通用汽車某著名企業(yè)福田-康明斯蘇州軌道交通

上海地鐵長沙政府大連政府上海某著名企業(yè)上海公安米其某著名企業(yè)浙江煙草武漢煙草中石油(大慶)中石油(大港)中石化某著名企業(yè)集團首鋼集團中國南機團河南電力浙江電力南瑞電力汽車制造石油石化冶金、機械煙草電力行業(yè)公共事業(yè)PLC--采用德國施耐德Modicon

TSX

Premium系列及RockWell

PLC。40幾臺Cisco

IE3000用于生產線的PLC、

I/O、

Sensor等現(xiàn)場工控設備的網絡連安全可靠的工業(yè)以太網絡架構設計某汽車企業(yè)網絡案例遵循思科工業(yè)以太網演進路線?

技術實現(xiàn)：?業(yè)務管理網和制造網共用核心網絡設備，降低成本?

標準的雙星形網絡結構，

便于配合工藝流程的靈活調整?

IE3000交換機置于專業(yè)防護箱內，IP防護等級最高可達到

IP65?

客戶需求：?

采用統(tǒng)一的網絡架構和平臺?

靈活的網絡結構，局部調整快速方便?

IP防護等級要求IP43以上ProgrammingTerminalsHMI總裝車間IE3000交換機Driver

CameraDevice涂裝車間

Device

Driver樹脂車間的的ContorllerRobot焊裝車間IPCSystem沖壓車間

千兆光纖

百兆光纖

百兆雙絞線廠區(qū)骨干網及

數(shù)據中心生產核心A生產核心BIE3000交換機IE3000交換機IE3000交換機IE3000交換機Robot連線類型示意：千兆單模千兆多模千兆電12SW

圖位號

百兆單模

百兆多模

百兆電原料交換機高爐部分網絡拓撲圖4SW4TC5SW4TC6SW8TC7SW核心交換機-22SW8TC+8F

M8TC+8F

M交換機核心交換機-

11SW工長服務器10SW增加110SW增加27SW增加110SW原煤100M電*

6100

MM*

4100M電*

6100

MM*

2干法除塵粗煤氣熱風爐上料除塵爐前除塵爐頂上料聯(lián)合泵站倍福TMT本體下聯(lián)1PLCPLC8TC+8FM4TC+8FM噴煤核心交換機-38TC+8FM11SW8SW4TC網管服務器100M電*

8專家系統(tǒng)綜合管網4TC+8FM8TC+8FM8TC+8FM8TC+8TM61SW看水13SW12SW15SW14SW3SW9SW4TC4TC4TC8TC8TC?

技術實現(xiàn)：?業(yè)務管理網和制造網共用核心網絡設備，降低成本?

標準的雙星形網絡結構，

便于配合工藝流程的靈活調整?

IE3000交換機置于專業(yè)防護箱內，IP防護等級最高可達到

IP65?

客戶需求：?

采用統(tǒng)一的網絡架構和平臺?

靈活的網絡結構，局部調整快速方便?

IP防護等級要求IP43以上SW1

SW24TC

4TC+8FX

4TC

4TC

4TC+8FX4TC+8FX4TC+8FX連線類型示意：千兆單模

千兆多模

千兆電SW3

圖位號

百兆單模

百兆多模

百兆電煉鋼服務器SW增加