隨著自動化技術(shù)的日新月異，工業(yè)生產(chǎn)控制工藝已不再停留于PLC、機(jī)器人、閥島或變頻器等電氣設(shè)備環(huán)節(jié)，更多的引入了網(wǎng)絡(luò)化等工業(yè)互聯(lián)的通信技術(shù)。
在一汽紅旗H9焊裝車間，高柔性化、高數(shù)字化、高綠色化的特點，是紅旗工廠智能焊裝車間的底氣和實力。焊裝車間共布置了15條自動生產(chǎn)線，焊接車間焊點自動化率100%，可實現(xiàn)紅旗H9、紅旗HS7等5個車型的柔性化生產(chǎn)。
一汽紅旗H9焊裝車間(引自一汽紅旗官方公眾號)
對于如此高自動化率的現(xiàn)場，產(chǎn)線與產(chǎn)線、上層SCADA或調(diào)度系統(tǒng)與各線體之間便需要一個安全的、高速的、穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用于車型數(shù)據(jù)拉動式的生產(chǎn)，以及車型數(shù)據(jù)的下發(fā)包括各個工位生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集，因此車間規(guī)劃部門便有了如下需求：
每套PLC系統(tǒng)均屬于各自獨立的C類網(wǎng);
所有的網(wǎng)段都需要與SACADA系統(tǒng)進(jìn)行通信;
所有PLC系統(tǒng)之間均可實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的相互通信;
無論是控制層網(wǎng)絡(luò)，還是監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)，整個系統(tǒng)要求實現(xiàn)線路冗余。
針對以上規(guī)劃的要求，對于整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組建有以下幾個關(guān)鍵點：
1、在控制層中，由兩層交換機(jī)為主導(dǎo)的生產(chǎn)網(wǎng)方案無法滿足所有的規(guī)劃需求;
2、線路冗余的需求決定了現(xiàn)場需要環(huán)網(wǎng)冗余，這決定了現(xiàn)場無法使用靜態(tài)路由;
3、該龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既需要兩層隔離，又同時需要滿足三層路由通訊。
經(jīng)過多方考慮，最終，菲尼克斯決定采用全廠生產(chǎn)網(wǎng)使用三層交換機(jī)，配合端口路由、RSTP(rapid spanning Tree Protocol快速生成樹冗余協(xié)議)、OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優(yōu)先)動態(tài)路由的方案，完美實現(xiàn)客戶的規(guī)劃需求，并且在核心配置VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol 虛擬路由冗余協(xié)議)保證核心通訊的設(shè)備冗余，保證現(xiàn)場訂單系統(tǒng)通信。
焊裝車間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃
在此方案中，起到關(guān)鍵作用的就是OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優(yōu)先)動態(tài)路由技術(shù)。在傳統(tǒng)應(yīng)用中，OSPF主要應(yīng)用于大型IT網(wǎng)絡(luò)，鮮有在工廠生產(chǎn)網(wǎng)中使用，因此大部分自動化工程師對其了解甚少。但其實，OSPF技術(shù)亦是基于路由的一種高級應(yīng)用，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通過它，可以形成一個非常穩(wěn)定又非常便于維護(hù)的系統(tǒng)。
菲尼克斯GHS模塊化智能核心交換機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用
想要了解OSPF技術(shù)，就要先從路由的概念了解，那什么叫路由呢?
OSI模塊定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的七層框架：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。其中，網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議是構(gòu)成Internet的基礎(chǔ)。Internet上的主機(jī)通過IP地址來標(biāo)識，Internet上有大量路由器負(fù)責(zé)根據(jù)IP地址選擇合適的路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包從Internet上的源主機(jī)到目的主機(jī)往往要經(jīng)過十多個路由器。路由器是工作在第三層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
OSI七層模型
如圖，交換機(jī)1所在的網(wǎng)段為192.168.1.0/24，交換機(jī)2所在的網(wǎng)段為192.168.2.0/24，且各自有2臺主機(jī)，如果PC1想要和PC3通訊，需要如何實現(xiàn)呢?
路由功能舉例
這時候就需要路由了，數(shù)據(jù)從PC1至PC3需要跨網(wǎng)段通訊，也就是需要網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)是數(shù)據(jù)包離開自己網(wǎng)段的出口。子網(wǎng)中每一臺主機(jī)都需要配置網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)下一跳(Next-hop)。如PC1的網(wǎng)關(guān)配置為192.168.1.1/32，PC3的網(wǎng)關(guān)配置為192.168.2.1/32。
綜上所述，路由的任務(wù)便清晰明了：
把數(shù)據(jù)分配到正確的端口
連接不同的網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)，廣域網(wǎng)連接
將廣播包限于各個子網(wǎng)
現(xiàn)在明白了路由的原理，就是實現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的互相通信，那問題又來了，既然路由能實現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的通信，為何還有所謂的路由的高級應(yīng)用之說呢?OSPF技術(shù)又是什么?為什么案例中配置了端口路由之后又配置了OSPF?
下面我們就要提到靜態(tài)/動態(tài)路由了。在剛剛的路由舉例中，系統(tǒng)里只有一個路由，相當(dāng)于同一個設(shè)備將兩個網(wǎng)段進(jìn)行了“路由”這個操作，那么在這個設(shè)備內(nèi)部，自己就有了一個路由信息：192.168.1.0/24和192.168.2.0/24這兩個網(wǎng)段是可以通過我互相通訊的。那如果網(wǎng)絡(luò)中的通訊出現(xiàn)不止經(jīng)過一個路由器的情況呢?
多路由舉例
如上圖所示，192.168.3.0/24需要和192.168.5.0/24通信，但192.168.3.0/24只能找到192.168.4.1/32，但是對于192.168.3.0/24來說，并不知道路線，這時候就要引入靜態(tài)/動態(tài)路由功能，目的就是為了讓192.168.3.0/24找到與192.168.5.0/24通訊的路徑。
靜態(tài)路由，顧名思義，就是路由路徑由手動配置，而非動態(tài)決定，也因其路徑是固定的，即便系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)生改變，也不會影響路由路徑。靜態(tài)路由也因其由人工手動配置的特性，決定了其安全性較高，且不占用網(wǎng)絡(luò)資源，因其不需要計算路徑，更新路由表而產(chǎn)生流量。
但靜態(tài)路由的缺點也由此產(chǎn)生，因為需要手動配置，在大型和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景中，通常不宜采用。大型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，一旦鏈路發(fā)生變化，哪怕是極微小的變化，如果系統(tǒng)是由靜態(tài)路由配置，則容易產(chǎn)生極大的工作量，技術(shù)人員需大范圍地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的路由信息。
在這種情況下，動態(tài)路由技術(shù)被引入。與靜態(tài)路由最大的區(qū)別，動態(tài)路由能夠自動建立路由表，并能根據(jù)系統(tǒng)運行的情況，在發(fā)生鏈路或節(jié)點變化時，實時地自行計算并調(diào)整最佳路由路徑。常見動態(tài)路由協(xié)議包括：RIP(路由信息協(xié)議)、OSPF(OpenShortest Path First開放式最短路徑優(yōu)先)、IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate System，中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng))、BGP(邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)，其中菲尼克斯三層路由支持RIP技術(shù)與OSPF技術(shù)。
動態(tài)路由示例
菲尼克斯三層交換機(jī)OSPF動態(tài)路由技術(shù)就給大家介紹到這兒。最后，豪華的紅旗H9就是在這樣的高級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中孕育而生。
一汽紅旗H9焊裝車間(引自一汽紅旗官方公眾號)
