想实现互联企业？ 看啤酒企业如何把工业以太网布局到全厂
2016-07-17 罗克韦尔自动化
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作者:程新平 罗克韦尔自动化主任工程师
啤酒发酵很“慢”，但啤酒行业 的互联企业进程却在以极“快”的速 度推进。
某啤酒集团是全球领先的啤酒酿造商，也是全球五大消费品公司之 一。面对中国这个全球最大、发展最 快的啤酒市场，集团决定规划投资 10.6亿元人民币在福建漳州建造新的 啤酒生产基地。生产基地占地约330 亩，一期工程投产后预计年产量可 达22.5万吨，三期建成产能可达80万吨。
秉承着“以全球一流标准打造漳 州新厂”的目标，该集团对新工厂的 自动化和信息化水平提出了极高的要求，希望新工厂采用更为先进的控制 通信方式，即从过去多种不同的现 场总线改为“E网到底”的架构，从 糖化酿造到包装动力车间，从设备控制、设备监控到车间级监控、维护管 理均采用工业以太网部署，同时要与 企业级IT网络实现互联。
将工业以太网布局到全厂并非 易事！
生产基地一期工程分为糖化过滤 车间、包装一线、包装二线和公用工 程等区域，工厂的整个网络由400多 个网络节点组成。各个区域的网络设 备种类极多：既有底层的传感器、阀 组和变频器等仪器仪表设备；又有 PAC和PLC等控制层设备，以实现离 散控制、过程控制和批次处理等控 制；还有监控层设备，如：过程控制 服务器、实时数据库、报警事件历史 服务器、数据采集、生产报告和能源 管理系统等，且各层设备来自多家自动化厂商。此外，在工业运行环境中，不同区域的温度、湿度变化很大，网络要连通不同区域的设备，各区域内又有 变频器等大电流的PWM调制设备， 电磁环境较复杂。相比于成熟的现场 总线技术，在复杂的电磁环境下保证 以太网的可靠性和高可用性是很大的挑战。
该项目如能实施成功，对于啤酒 行业的同类项目将极具参照价值。
四步打造全厂级工业以太网通 信方案
根据工厂的实际情况，罗克韦尔 自动化为新工厂量身定制了全厂以太 网实施方案，包括如下四个部分：1. 用无类子网(VLSM)实现节点地址的分配。
在工业环境中，由于网络架构和 节点的相对固定，以及高度可用性 等苛刻要求，都采用固定IP地址，而 不是动态地址分配(DHCP)。在制造车 间，一般一个生产单元由一个厂商的 设备来完成。在分配IP地址时要考虑 有多少厂商、每个厂商有多少个网络 节点。由于各厂商设备的复杂程度和 规模不一，不同厂商的节点数有很大 的差异，如果为每个厂商分配单独 的子网，节点地址就会造成很大的浪 费，并可能导致全厂地址分配超出范 围。可考虑将临近区域的厂商节点数合并到一个子网，同时也便于管理。 考虑可用节点数时，要根据编程维护 人员电脑的数量为其预留出一部分， 还要扣除子网地址、广播地址和预留 网关地址等。
2. 按生产区域划分VLAN虚拟局 域网，实现流量隔离。
各生产单元都是独立完成一定的 生产任务，构成单元内部网络的设 备包括：控制器、网络扫描器、适 配器、网络传感器/执行单元、操作 触摸屏、监控计算机和维护用计算 机等，它们通过交换机接入网络。 用VLAN虚拟局域网来实现网络的隔 离，可以将网络进行逻辑划分而不仅 是按物理位置划分，一个VLAN就是 一个广播域，实现流量隔离，减少冲 突，同时由于与子网的隔离，更加安 全。基于端口VLAN的网络逻辑拓扑 图如图1所示。
在上述用VLAN划分了不同的子 网后，不同的生产单元之间必要的生产数据通信由VLAN间路由来实现， 在二层交换机和三层交换机进行相应 的配置。
4. 网路冗余实现网络的高可用 性要求。
在工业运行环境中，不同区域的 温度、湿度变化很大，网络要连通不同区域的设备，各区域内又有变频器 等大电流的PWM调制设备，电磁环 境较复杂，如电压波动、电磁传导、 辐射和对地环流等干扰，加上正常的 生产和维护活动也会影响到网路介 质。所以网络一旦因各种原因中断后 能快速实现恢复非常重要，根据PLC 控制器对I/O扫描时间的设定，要求 网络的重新收敛时间在100ms以内， 否则就会因超时而停机。图2展示了 该网络高可用性的特点。通过综合实 施EtherChannel，RSTP和HSRP，保证 了任何一条光纤链路以及任何一台汇 聚交换机失效时，网络都能快速恢复，通信不会中断。
E网到底 酿造惊喜
2012年5月，生产基地一期工程 正式竣工投产。酒厂以极高的效率完 成了建设，从开工到投产仅用一年时 间。投产后，四条生产线均表现出 色：日产能12批次的全自动糖化生 产线，采用先进的德国Krones工艺设 备，配合美国罗克韦尔自动化控制系 统，整条生产线自动化程度、生产效 率以及质量控制均达到全球顶级水 平；过滤生产线确保全程无菌生产； 两条全自动包装流水生产线是更是目 前该集团全球同步的最高速灌装线。
经过三年多的实际运行，该集团 对罗克韦尔自动化提供的全厂工业以 太网控制解决方案非常满意。新酒厂 的建成，更好地满足了东南地区消费 者的需求，为集团战略性业务增长做 出了卓越贡献。作为合作伙伴，罗克 韦尔自动化也助力客户实现美好愿 景——做最佳啤酒公司，酿造更美好 世界！
