隨著工業(yè)4.0大數(shù)據(jù)應用規(guī)模的迅速增長，我們會遇到越來越多的數(shù)據(jù)風暴問題。
【問題描述】
某F&B行業(yè)大客戶的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用Ethernet-IP工業(yè)以太網(wǎng)通訊。穩(wěn)定運行兩年后的某一天，現(xiàn)場設備與PLC主站之間的Ethernet-IP數(shù)據(jù)交換，突然間全部斷線了!為什么會這樣?
【常規(guī)診斷】
檢查硬件：從宏觀與細節(jié)兩方面觀察測試，該Ethernet網(wǎng)絡結構架設都是正常的;
檢查軟件：Rockwell上位機控制的Logix程序與現(xiàn)場設備的參數(shù)設定都未發(fā)生過改動;
檢查固件：PLC上位機、現(xiàn)場設備、交換機的固件版本也都沒有改動。似乎一切都是OK的?
【深入診斷】
請注意故障現(xiàn)象是大批量以太網(wǎng)設備同時斷線。這就好像一個網(wǎng)吧里所有電腦突然全部斷網(wǎng)，那么有經(jīng)驗的網(wǎng)管就知道了，問題一定出在這個網(wǎng)吧的交換機上，需要逐個排查交換機柜內(nèi)的所有網(wǎng)絡端口。工業(yè)現(xiàn)場也是如此，這種問題也是鎖定在現(xiàn)場交換機上，而且網(wǎng)絡端口數(shù)量比計算機房交換機柜內(nèi)的少很多，排查工作量更小。
但是這并不意味著情況就更簡單：因為仔細觀察現(xiàn)場的交換機，我們發(fā)現(xiàn)端口上不僅連接了工業(yè)現(xiàn)場設備，并且還連接了企業(yè)管理ERP數(shù)據(jù)網(wǎng)線。拔下ERP數(shù)據(jù)網(wǎng)線后再觀察，所有這些工業(yè)現(xiàn)場設備的Ethernet-IP通訊立即恢復正常，由此可斷定IT以太網(wǎng)域?qū)I(yè)以太網(wǎng)域造成了干擾，引發(fā)了網(wǎng)絡風暴。
【深入分析】
那為什么之前的兩年內(nèi)沒有出現(xiàn)這樣的情況?這就要用發(fā)展的眼光看問題了。
兩年前該項目剛設計出來并調(diào)試的時候，基于成本控制的考慮，以及現(xiàn)場網(wǎng)絡簡單的實際情況，一個交換機混合兩種性質(zhì)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換的做法，那時候看起來是可行能用的。然而這種網(wǎng)絡構建方案其實是不規(guī)范的，因為正規(guī)的做法是配置兩個Ethernet-IP主站模塊，一個連接企業(yè)管理ERP交換機拓撲，另一個連接現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)設備交換機拓撲。
而設備投產(chǎn)兩年后發(fā)生網(wǎng)絡風暴的原因，很可能是由于：
1、工業(yè)以太網(wǎng)比IT以太網(wǎng)要求更高的實時性能，對于Ethernet數(shù)據(jù)波動更加敏感;
2、企業(yè)管理ERP系統(tǒng)發(fā)生變動而變復雜后，發(fā)送到生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)量增加，超出了該臺現(xiàn)場交換機的數(shù)據(jù)流量極限，造成數(shù)據(jù)波動，而實時性要求更高的Ethernet-IP通訊自然更早地受此影響而中斷了通訊。
【解決方案】
短期措施：由于企業(yè)管理ERP數(shù)據(jù)不參與生產(chǎn)系統(tǒng)的具體控制，為了應急可以先脫開ERP網(wǎng)線，進行離線生產(chǎn)，先確保產(chǎn)品能夠正常生產(chǎn)并出貨。
長期措施：1、升級現(xiàn)場交換機，換成更大容量的、Ethernet-IP專用的管理型交換機;2、在上位機PLC模組內(nèi)再增加Ethernet-IP通訊模塊，把控制網(wǎng)絡分為外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)，外網(wǎng)用于企業(yè)級數(shù)據(jù)交換，內(nèi)網(wǎng)用于實時工業(yè)以太網(wǎng)通訊。這樣能徹底隔開ERP信息網(wǎng)對現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)設備的影響。但是成本較高。
還有一種方案三有待實驗，如下圖所示，以 PROFINET IO 協(xié)議為例，常規(guī)以太網(wǎng)設備與工業(yè)以太網(wǎng)設備，不能接入同一個交換機上的端口;我們需要兩個管理型PROFINET專用交換機，并且將常規(guī)的以太網(wǎng)設備集中連接到靠近PLC的那個交換機端口上：
