基于工業(yè)PON的智慧工廠(chǎng)內(nèi)網(wǎng)建設(shè)
中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司
網(wǎng)絡(luò)改造技術(shù)篇/成熟技術(shù)/工廠(chǎng)內(nèi)網(wǎng)改造
1 概述
1.1 背景
2017年10月30日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)審議通過(guò)《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》。《意見(jiàn)》指出，要深入貫徹落實(shí)黨的十九大精神，以全面支撐制造強(qiáng)國(guó)和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)為目標(biāo)，圍繞推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，增強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)供給能力，持續(xù)提升我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平，形成實(shí)體經(jīng)濟(jì)與網(wǎng)絡(luò)相互促進(jìn)、同步提升的良好格局，推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，打造制造強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合的產(chǎn)物，是新工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐和智能制造的重要基石。其本質(zhì)是以機(jī)器、原材料、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、產(chǎn)品以及人之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實(shí)施傳輸交換、快速計(jì)算處理和高級(jí)建模分析，實(shí)現(xiàn)智能控制、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化和生產(chǎn)組織方式變革，推動(dòng)、保障工業(yè)智能化的發(fā)展。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以重點(diǎn)從“網(wǎng)絡(luò)”、“數(shù)據(jù)”和“安全”三個(gè)方面來(lái)理解。其中，網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)全系統(tǒng)的互聯(lián)互通，促進(jìn)工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動(dòng)和無(wú)縫集成。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，需要圍繞工業(yè)企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，充分發(fā)揮我國(guó)在信息通信領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，借助工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)外網(wǎng)的更新?lián)Q代，加快新技術(shù)的部署應(yīng)用，打造國(guó)際先進(jìn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，全面提升工業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化水平。
隨著無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)在電信、電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)已成為車(chē)間數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)技術(shù)的一種全新的可選方案。工業(yè)PON解決方案是基于《意見(jiàn)》中工業(yè)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)意見(jiàn)，將先進(jìn)成熟的光通信 PON技術(shù)應(yīng)用于制造領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)控制等場(chǎng)景，建設(shè)制造車(chē)間生產(chǎn)制造自動(dòng)化和智能化的基礎(chǔ)高速通信網(wǎng)絡(luò)，為企業(yè)改造升級(jí)調(diào)整最終邁向智能制造打下信息化基礎(chǔ)。
1.2 實(shí)施目標(biāo)
工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)交換機(jī)系統(tǒng)研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，推出的一套安全、可靠、融合、先進(jìn)的綜合解決方案。工業(yè)PON系統(tǒng)是應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境的全光PON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是采用光纖傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，泛指端局或遠(yuǎn)端模塊與用戶(hù)之間采用光纖或部分采用光纖做為傳輸媒體的系統(tǒng)，采用基帶數(shù)字傳輸技術(shù)傳輸雙向交互式業(yè)務(wù)。
工業(yè)PON可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上層實(shí)體（如服務(wù)器、SCADA系統(tǒng)等）的連接，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、生產(chǎn)指令下達(dá)、傳感數(shù)據(jù)采集、廠(chǎng)區(qū)視頻監(jiān)控等功能。工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)是各種信息集成的基礎(chǔ)通道，是智能制造縱向集成的基礎(chǔ)，基于PON技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、制造生產(chǎn)、銷(xiāo)售、物流、售后各工業(yè)化環(huán)節(jié)融合集成，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)CRM、MES、ERP、SCM、SCADA等系統(tǒng)信息的統(tǒng)一控制和管理。
1.3 適用范圍
根據(jù)不同企業(yè)工廠(chǎng)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，工業(yè)PON解決方案適用于各類(lèi)新建車(chē)間和生產(chǎn)線(xiàn)智能制造的信息化建設(shè)，也適合于自動(dòng)化程度不高的企業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化、數(shù)字化改造，也可針對(duì)自動(dòng)化程度較高需要開(kāi)展有智能化和新業(yè)務(wù)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置
圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意圖
本解決方案主要應(yīng)用于工廠(chǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，主要適用于1、2、3、4、5方向，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)高可靠、高安全、高效率的組網(wǎng)，支持提供工廠(chǎng)內(nèi)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，是各種信息集成的基礎(chǔ)通道，是智能制造縱向集成的基礎(chǔ)。
2 需求分析
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)包括工廠(chǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和工廠(chǎng)外部網(wǎng)絡(luò)，工廠(chǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)裝備、信息采集設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和人等生產(chǎn)要素的廣泛互聯(lián)；工廠(chǎng)外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)與智能產(chǎn)品、用戶(hù)、協(xié)作企業(yè)等工業(yè)全環(huán)節(jié)的廣泛互聯(lián)。《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)意見(jiàn)。工廠(chǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)改造的目標(biāo)是在2018-2020年三年起步階段，初步建成低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，到本世紀(jì)中葉，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施全面支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。工廠(chǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)改造的方向是推進(jìn)工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）化、扁平化、柔性化技術(shù)改造和建設(shè)部署。工廠(chǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)改造的模式是支持工業(yè)企業(yè)以IPv6、工業(yè)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、工業(yè)無(wú)線(xiàn)等技術(shù)改造工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，以IPv6、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）以及新型蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)對(duì)工業(yè)企業(yè)外網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造。
由于我國(guó)工業(yè)企業(yè)發(fā)展水平差異較大，相當(dāng)一部分企業(yè)特別是中小企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)薄弱，欠缺發(fā)展智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同等新模式新業(yè)態(tài)的基礎(chǔ)環(huán)境，因此開(kāi)展工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)改造是首要任務(wù)，也是長(zhǎng)期任務(wù)。通過(guò)分步驟、分行業(yè)推進(jìn)IP化、扁平化、柔性化的技術(shù)改造和網(wǎng)絡(luò)部署，逐步推進(jìn)打造先進(jìn)制造的基礎(chǔ)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。目前，部分工業(yè)企業(yè)已經(jīng)計(jì)劃或正在實(shí)施工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)改造升級(jí)，在智能設(shè)備與業(yè)務(wù)分析平臺(tái)之間建立網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備指令數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程下發(fā)控制及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集能力。
在工廠(chǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)方面，目前工業(yè)以太網(wǎng)是工廠(chǎng)內(nèi)主流的信息承載技術(shù)，但工業(yè)以太網(wǎng)在廠(chǎng)區(qū)和車(chē)間的局限性也日益凸顯：
1）帶寬提升困難；
2）大量銅線(xiàn)部署和重復(fù)投資導(dǎo)致建設(shè)成本高；
3）能耗和空間占用高，需要大量電力、空調(diào)供應(yīng)和機(jī)房占地；
4）需要較高的業(yè)務(wù)支撐能力，WLAN網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)，多網(wǎng)并行，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)復(fù)雜，對(duì)企業(yè)的業(yè)務(wù)支撐能力要求高。
5）傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品主要集中于少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家。
近年來(lái)，我國(guó)提出了工廠(chǎng)自動(dòng)化以太網(wǎng)（EPA）、工業(yè)過(guò)程/工廠(chǎng)自動(dòng)化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（WIA-PA/FA）等技術(shù)，但產(chǎn)業(yè)化和商用水平低。同時(shí)，國(guó)際產(chǎn)業(yè)界也正在關(guān)注研究時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、工業(yè)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等新技術(shù)。隨著PON技術(shù)在電信、電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)已成為車(chē)間數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)技術(shù)的一種全新的可選方案。工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)利用多種接口及協(xié)議實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)高可靠、高安全、高效率的組網(wǎng)。工業(yè)PON繼承PON網(wǎng)絡(luò)大帶寬、扁平架構(gòu)、業(yè)務(wù)融合等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并在安全、可靠、易維、接口、環(huán)境適應(yīng)等方面有所增強(qiáng)，全面適配工業(yè)制造現(xiàn)場(chǎng)要求，成為工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)選方案。
3 解決方案
3.1 方案介紹
工業(yè)PON處于車(chē)間級(jí)網(wǎng)絡(luò)位置，通過(guò)工業(yè)級(jí)ONU設(shè)備實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)到設(shè)備層的連接，通過(guò)光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN），實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等到OLT的匯聚，最終通過(guò)OLT與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)數(shù)據(jù)到工廠(chǎng)/企業(yè)IT系統(tǒng)的可靠有效地傳輸。
工業(yè)PON是車(chē)間級(jí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床）有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，同時(shí)通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載實(shí)現(xiàn)車(chē)間有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)一體化網(wǎng)絡(luò)覆蓋。工業(yè)PON針對(duì)工業(yè)各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，滿(mǎn)足工業(yè)場(chǎng)景下的各種工業(yè)控制總線(xiàn)場(chǎng)景要求，提供工業(yè)場(chǎng)景類(lèi)型接口。可為工業(yè)控制、信號(hào)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音通信、視頻監(jiān)控等各種業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支持。各業(yè)務(wù)流通過(guò)PON系統(tǒng)上行后，由OLT匯聚上聯(lián)GE/FE接口連接到工廠(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能制造MES、ERP、PLM等系統(tǒng)和下層物理設(shè)備的對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集分析、視頻監(jiān)控等功能。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)整體系統(tǒng)架構(gòu)
3.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)
工業(yè)PON在工業(yè)場(chǎng)景下最常用的組網(wǎng)方式是基于Type D保護(hù)方式的手拉手保護(hù)鏈型組網(wǎng)和星型組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全光路保護(hù)，提高了車(chē)間通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，為制造企業(yè)的通信可靠性提供了堅(jiān)實(shí)的保障。具體的組網(wǎng)方式可根據(jù)工廠(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
工業(yè)PON手拉手保護(hù)的鏈型組網(wǎng)示意如下圖：
圖3 工業(yè)PON手拉手保護(hù)的鏈型組網(wǎng)示意圖
工業(yè)PON星型組網(wǎng)示意如下圖：
圖4 工業(yè)PON手拉手保護(hù)的星型組網(wǎng)示意圖
3.4 功能設(shè)計(jì)
根據(jù)不同企業(yè)工廠(chǎng)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，工業(yè)PON解決方案適用于各類(lèi)新建車(chē)間和生產(chǎn)線(xiàn)智能制造的信息化建設(shè)，也適合于自動(dòng)化程度不高的企業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化、數(shù)字化改造，也可針對(duì)自動(dòng)化程度較高需要開(kāi)展有智能化和新業(yè)務(wù)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
1）新建廠(chǎng)房、生產(chǎn)車(chē)間，或新增生產(chǎn)線(xiàn)，需對(duì)機(jī)床、機(jī)器人、流水線(xiàn)等設(shè)備部署信息自動(dòng)化采集點(diǎn)。
在這種場(chǎng)景下，生產(chǎn)車(chē)間需要新建，這種場(chǎng)景的特點(diǎn)是車(chē)間內(nèi)沒(méi)有以太局域網(wǎng)，需要重新部署網(wǎng)絡(luò)。在這種場(chǎng)景下可以完全通過(guò)工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)搭建車(chē)間內(nèi)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)級(jí)ONU直接連接機(jī)器或數(shù)據(jù)采集設(shè)備。通過(guò)事先規(guī)劃/現(xiàn)有的智能設(shè)備/流水線(xiàn)位置，規(guī)劃布線(xiàn)及ONU放置位置及數(shù)量。通過(guò)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)工業(yè)PON系統(tǒng)的部署，實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)區(qū)工業(yè)生產(chǎn)信息或用戶(hù)信息的采集、控制業(yè)務(wù)的接入承載，為工業(yè)生產(chǎn)中的采集控制終端與業(yè)務(wù)層的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)提供安全可靠的通信連接。
圖5 工業(yè)PON應(yīng)用場(chǎng)景1示意圖
工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)主要做提取相關(guān)數(shù)據(jù)和承載相關(guān)軟件用途，需要網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可提供多種接口能力、帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好。因此，通過(guò)選用工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)上可以提供多種業(yè)務(wù)并集成無(wú)線(xiàn)覆蓋。通過(guò)PON組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)冗余切換，保證了網(wǎng)絡(luò)的高可用性和設(shè)備的健碩性。
2）原有車(chē)間僅部署了近端工業(yè)機(jī)床信息化操作，尚未將相關(guān)數(shù)據(jù)及控制指令遠(yuǎn)程化及自動(dòng)采集化，車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)需要進(jìn)行加強(qiáng)自動(dòng)信息化能力。
這種場(chǎng)景的特點(diǎn)是車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)已有現(xiàn)場(chǎng)到工位的信息化網(wǎng)絡(luò)，但需要將數(shù)據(jù)采集到遠(yuǎn)端進(jìn)行監(jiān)控。在這種場(chǎng)景下可以通過(guò)工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)搭建車(chē)間內(nèi)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，將分散在各個(gè)工位的信息化數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚。由于各個(gè)工位/產(chǎn)線(xiàn)已有近端的以太網(wǎng)絡(luò)，因此可通過(guò)ONU與車(chē)間內(nèi)近端布設(shè)的以太網(wǎng)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚。
圖6 工業(yè)PON應(yīng)用場(chǎng)景2示意圖
3）廠(chǎng)區(qū)車(chē)間內(nèi)已部署了工業(yè)以太局域網(wǎng)，但是其他拓展業(yè)務(wù)，如能源監(jiān)控、視頻安防、WiFi覆蓋等需要部署，需要對(duì)多種應(yīng)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全隔離（物理及邏輯雙重）。
這種場(chǎng)景的特點(diǎn)是車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)已有信息化網(wǎng)絡(luò)，輔助設(shè)備及業(yè)務(wù)需要重新部署網(wǎng)絡(luò)，在這種場(chǎng)景下可以通過(guò)工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)連接新的業(yè)務(wù)設(shè)備，并與原有的工廠(chǎng)工業(yè)以太網(wǎng)隔離。
圖7 工業(yè)PON應(yīng)用場(chǎng)景3示意圖
基于工業(yè)PON，提供設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、能耗管控等應(yīng)用。
1)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
支持提供RS232/RS485、GE/FE工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信接口，實(shí)現(xiàn)PLC設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器、工位前置機(jī)等的I/O控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備集成，以及基于條形碼/RFID的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。
2)能耗管控
支持重點(diǎn)用能設(shè)備、車(chē)間級(jí)、工廠(chǎng)級(jí)、企業(yè)級(jí)的水、電、氣等能源的監(jiān)控，通過(guò)智能電表、水表、流量計(jì)等智能儀表的新增與改造、工業(yè)總線(xiàn)的連接與上傳，實(shí)現(xiàn)能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。
3)安防監(jiān)控
通過(guò)智能攝像機(jī)對(duì)前端視頻圖像信號(hào)的采集處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控、錄像、回放、聯(lián)動(dòng)報(bào)警、監(jiān)控策略制定、應(yīng)急指揮等應(yīng)用，全面滿(mǎn)足交通、水利、油田、銀行、電信等各個(gè)領(lǐng)域的安防監(jiān)控的需求。
3.5 安全及可靠性
1）組網(wǎng)安全
為了提高網(wǎng)絡(luò)可靠性和生存性，工業(yè)PON系統(tǒng)中采用光鏈路保護(hù)倒換機(jī)制。工業(yè)PON光鏈路保護(hù)可采用TYPE D方式（雙OLT/單OLT雙PON口，ONU雙PON口，主干光纖、光分路器和配線(xiàn)光纖均雙路冗余）。具體實(shí)現(xiàn)方式包括OLT同一PON板內(nèi)同一PON MAC芯片（一個(gè)PON MAC芯片支持多個(gè)PON口的情況下）、同一PON板內(nèi)不同PON MAC芯片、PON板間和不同OLT間的PON口保護(hù)等四種。這種方式支持不同的ONU分別工作于同一/不同OLT的主用和備用PON接口。組網(wǎng)方式可采用星型網(wǎng)絡(luò)或者鏈型手拉手保護(hù)。
2）設(shè)備安全
工業(yè)PON局端設(shè)備OLT 的核心控制和交換模塊、電源模塊、管理板、上行板等關(guān)鍵板件冗余備份，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
當(dāng)OLT主用主控板在檢測(cè)到軟件異常、硬件異常、拔板、網(wǎng)管強(qiáng)制命令倒換等情況下發(fā)生自動(dòng)倒換，將全部業(yè)務(wù)配置倒換到備用主控板。主控板倒換時(shí)間小于50ms；支持40ms的Dyinggasp保護(hù)；工業(yè)級(jí)ONU壽命50年。
3）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境安全
工業(yè)PON系統(tǒng)滿(mǎn)足各種復(fù)雜生產(chǎn)制造環(huán)境需要。工業(yè)PON系統(tǒng)為無(wú)源系統(tǒng)、適用于生產(chǎn)制造車(chē)間強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)景，工業(yè)級(jí)ONU設(shè)備支持抗強(qiáng)電磁干擾達(dá)到EMC 4級(jí)、抗強(qiáng)振動(dòng)、寬高低溫（－40℃～85℃）寬濕度（5％～95％），用戶(hù)端口防雷6KV等可滿(mǎn)足各種工業(yè)制造復(fù)雜環(huán)境要求。
4）數(shù)據(jù)安全
工業(yè)PON支持三重?cái)噭?dòng)加密，支持DHCPv4、DHCPv6、DHCPv6-PD用戶(hù)認(rèn)證方式，OLT支持OLT的PON接口與ONU（物理標(biāo)識(shí)或邏輯標(biāo)識(shí)）之間的綁定功能，即特定物理標(biāo)識(shí)或者邏輯標(biāo)識(shí)的ONU只能在特定的PON口上注冊(cè)。
5）業(yè)務(wù)安全
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)側(cè)實(shí)現(xiàn)完善的數(shù)據(jù)加密功能、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)保護(hù)和防攻擊保護(hù)。支持多種VLAN，支持工廠(chǎng)各種專(zhuān)網(wǎng)隔離。
4 成功案例
本解決方案已經(jīng)在徐州重型機(jī)械有限公司進(jìn)行實(shí)施。徐州重型機(jī)械有限公司占地60萬(wàn)平方米，建筑面積40萬(wàn)平方米，年制造能力15000臺(tái)，是中國(guó)大型臂架機(jī)械行業(yè)標(biāo)志性企業(yè)。
圖8 徐州重型機(jī)械有限公司車(chē)間
4.1 新建網(wǎng)絡(luò)訴求
? 滿(mǎn)足生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可視化規(guī)劃需求；
? 模組機(jī)床和智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃需求；
? 滿(mǎn)足智能物流、數(shù)字監(jiān)控、可視化調(diào)度中心等功能需求；
? 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)將以有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為主無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為輔（布線(xiàn)困難地方采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)充）；
4.2 布點(diǎn)需求預(yù)估
表1企業(yè)布點(diǎn)需求
序號(hào) | 區(qū)域名稱(chēng) | 數(shù)據(jù)信息點(diǎn)位數(shù) | 語(yǔ)音信息點(diǎn)位數(shù) | 24GE+24POTS口ONU | 4GE+4串口ONU |
1 | 辦公樓 | 1883 | 1226 | 79 | 0 |
2 | 工程中心 | 349 | 135 | 15 | 0 |
3 | 零部件分廠(chǎng) | 372 | 237 | 12 | 23 |
4 | 總計(jì) | 2604 | 1598 | 106 | 23 |
4.3 新建工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)
? 實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)扁平化
全光纖組網(wǎng)，采用二層扁平架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)彈性擴(kuò)容。
? 滿(mǎn)足了多業(yè)務(wù)承載
支持多業(yè)務(wù)接口，滿(mǎn)足智能制造生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)采集、無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)承載、行政辦公各種應(yīng)用場(chǎng)景。
? 提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性
抗電磁干擾能力強(qiáng)，采用無(wú)源設(shè)備，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。
? 達(dá)到了千兆高帶寬
實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、大流量，滿(mǎn)足承載工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、無(wú)線(xiàn)承載等各種業(yè)務(wù)工廠(chǎng)實(shí)際應(yīng)用需求。
? 增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性
通過(guò)雙路光纖保護(hù)、雙機(jī)熱備、工業(yè)級(jí)ONU滿(mǎn)足了廠(chǎng)區(qū)安全性要求。
4.4 新建工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)預(yù)估成效
表2企業(yè)布點(diǎn)需求
對(duì)比項(xiàng) | 工業(yè)PON建成前 | 工業(yè)PON建成后 |
網(wǎng)絡(luò) | 區(qū)域覆蓋差、網(wǎng)速慢 | 全覆蓋、網(wǎng)速快 |
終端機(jī)數(shù)量 | 整個(gè)車(chē)間只有幾臺(tái)能正常使用 | 每個(gè)工位至少一臺(tái) |
MES報(bào)工方式 | 空閑時(shí)間集中報(bào)工 | 實(shí)時(shí)報(bào)工 |
關(guān)重件采集支持 | 空閑時(shí)間集中采集 | 實(shí)時(shí)采集 |
現(xiàn)場(chǎng)看圖、通知支持 | 借閱紙質(zhì)圖紙、通知 | 可在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)查看 |