《工業控制網絡安全技術與實踐》一一3.1 工業控制網絡概述

3.1　工業控制網絡概述

在兩化融合和智能制造的趨勢下，利用計算機全自動化采集展示現場資料的方式在工業控制行業中越來越受歡迎——通過利用內建化智能i/o單元進行資料采樣，産生的實時資料會被操作人員監控和調配，同時還能向工廠管理者提供資料對比，友善其決策分析。這種模式便于合理集中地處理分散的現場資料，但是必須依賴可靠穩定的網絡結構。是以合理建構适合工業現場複雜環境的穩定網絡是工控系統的重要設計内容。圖3-1是工業控制網絡詳細分層圖，主要将工業控制網絡分為現場總線控制網絡、過程控制與監控網絡和企業辦公網絡，以下将分别加以介紹[20]。

3.1.1　現場總線控制網絡

工業控制網絡最底層的是現場總線控制網絡，包含圖3-1中的現場控制層和現場裝置層，是自動化系統與現場裝置相連的唯一網絡，是整個控制系統的關鍵環節。該層網絡通常包含plc（可程式設計邏輯控制器）、dcs（分布式控制系統）等現場控制站，以及各種傳感器、繼電器、電動機、調節閥等現場裝置。

圖3-1　工業控制網絡詳細分層圖

現場總線控制網絡利用諸如prifibus（過程現場總線）、ff-bus（基金會現場總線）、can-bus（控制器區域網路絡總線）等現場總線技術将傳感器、繼電器等現場裝置與一些plc控制器或者rtu等現場控制裝置相連，直接采集現場資料到現場控制站fcs或dcs或plc控制系統，完成基本的資料采集，提供生産排程的重要資料源。

為保證現場總線控制網絡的資料采集的可靠性，該層網絡通常采用兩重備援的控制器和雙網甚至四網的實體容錯方式，同時控制器内置智能故障處理機制，即隻要通信鍊路發生網絡故障如資料流擁堵、網卡故障、網線故障，控制器就可智能切換到備用通信鍊路，確定資料采集不因網絡節點故障而中斷。

3.1.2　過程控制與監控網絡

現場總線控制網絡的上一層是過程控制與監控網絡層，這一層包含圖3-1中的生産管理層和過程監控層。生産管理層主要實作系統管理、監視控制的功能，為上層的企業網絡提供資料支援，通常包含一些應用伺服器、資訊資料庫和備援資料庫。過程監控層負責監控、現場監測以及現場資料展示，是現場總線控制網絡和企業網絡之間資料互動與展示的橋梁，該網絡通常内含有scada伺服器、曆史資料庫、實時資料庫以及人機界面等關鍵工業控制元件。

該層網絡負責接收來自現場控制層的資料，現場總線控制網絡通過plc控制器處理資料，由遠端資料單元rtu和scada伺服器mtu組成遠端傳輸鍊路，将資料傳輸至過程控制與監控網絡中的監控裝置。系統操作員便可通過操作hmi人機界面了解控制系統的運作狀态，實時監測plc、rtu以及一些現場裝置的運作，并依據進行調整或控制工藝參數，這些監控到的資料資訊會傳送到曆史資料伺服器，供以後分析使用，為上層的任務決策提供資料支援。

3.1.3　企業辦公網絡

最上面一層是企業辦公網絡層，即圖3-1中的企業資源層，負責公司日常的商業計劃和物流管理、工程系統等，主要涉及企業應用資源，如企業資源配置（erp）、生産制造執行系統（mes）和辦公自動化（oa）等與企業營運息息相關的系統，通常由各種功能的計算機構成。為防止外部網絡對生産工況造成不必要的外部幹擾，如病毒攻擊、木馬侵入、人員誤操作等外部不利因素，工業企業通常也具有較完備的典型安全邊界防護措施，如網絡層級連接配接裝置增加的防火牆等。

該層網絡根據公司所需功能配置相應的管理軟體，每個軟體有不同的通信協定，對應不同的實體接口。該層網絡通過開放式通信協定從控制網絡采集生産資料，通過管理軟體自身的功能子產品從人力資源、機具配置、材料倉儲等角度對控制網絡采集到的生産資料進行分類處理，最終形成工廠管理方法和決策資料。