前情提要

　　从现在这期开始，一共三期，原文内容已经超出了文科傻小编的理解能力，主编们在结合了我个人理科思维水平及高一学年物化生成绩后，毅然决定放弃给我彻底讲明白这条路，所以以下三期小编也不明白。希望各位大神评论区自由发挥，小编努力理解大家的发言，至于我回复的和你评论的在不在一个话题上，小编不管。（主编们不在家，小编决定放飞自我）

　　Tips

　　本解读文字繁多，内容冗长，请专业人士搬好小板凳、拿起零食慢慢观看；非专业人士先收藏，晚上临睡之前观看，能有效缓解失眠、过于兴奋等病症（小编不骗你）

　　如果你参加了比赛，熟悉比赛题目等相关内容，这篇题目解析可能给你开拓新的思路，并有助于你理解题目与现实的连接。

　　如果你没有参加比赛，但是对于题目感兴趣，请，下载此次大赛题目。

　　如果你和我一样，对这篇文章提不起兴趣的话，请参见第一条tip，你会发现这篇文章的新用途。

　　赛事简介

　　“西门子杯”中国智能制造挑战赛（原全国大学生“西门子杯”工业自动化挑战赛），是在教育部与西门子（中国）有限公司签订的战略合作框架下的一项国家级赛事，由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、西门子（中国）有限公司和中国仿真协会联合主办。

　　自2006年发展至今，大赛已成为目前国内工业自动化领域规模最大的学生类竞赛之一。

　　上图为2017年大赛时间表

　　2017年大赛已经圆满结束，我们近期会为大家回顾大赛精彩内容，想要报名参加的小伙伴今年已经没有机会了，大家可以持续关注，参加2018年大赛，我也会在文章末尾附上大赛官方公众平台二维码，有需要的小伙伴自取哦！

　　未来几周日程

　　出题缘由

　　首先，我们这次的题目来自于我们实际的项目需求

　　我们有很多OEM（设备成套制造商）客户，如汽车行业的机械手等。

其本身就是一套完整系统，有自己的控制器、传感器和执行机构，可以独立于整个工厂网络进行工作；

同时其预留通讯接口，与工厂整体网络存在数据交互。

　　OEM设备每套网络结构完全一致，生产厂商为了便于生产，对于其内部的网络结构进行了固化，即其系统内部不仅设备硬件一致，其初始的IP地址也完全一致，内部的程序很大部分也基于默认的地址进行编写。

　　此外，还涉及到每个厂商的本身的knowhow与整个网络安全的考虑，大部分厂商会将整个系统封装成黑盒子。因此如何通过网络手段将多个一模一样的黑盒子集成到整个工厂系统，同时考虑安全及数据隔离是我们这次题目的题眼所在。

　　各技术需求的考点

　　此次题目假设了1个控制中心与6个生产工艺单元的项目，其每个技术需求的考点如下所示：

壹

　　使用网络设备将6个生产单元及1个控制中心连接成工厂生产网络，充分考虑工厂网络的冗余度及自愈性。

　　由图可知，200米的距离需要考虑选用光纤的通讯介质，同时冗余、自愈的最经济实现手段就是工业冗余环网MRP/HRP

　　想要设计一个可用性高的工厂网络，首先需要充分考虑工业网络的特性。工业网络中控制数据的实时性、工业系统对于宕机的低容忍度和工业网络对于冗余度的高要求是其完全不同于商业网络的特点。在选择完符合工业控制标准的网络设备后，我们首当其冲面对如何建立符合工业控制标准的网络架构。

　　工业环网是目前信息化工厂网络所采取的最广泛的网络架构，其特点在于在网络断路出现时，可以在很短的时间建立冗余的网络路径，从而使系统在最短时间内恢复正常工作。环网的网络架构广泛使用与各个工业行业，由于其优越的自愈性，在一些特殊的商业应用也开始采取此种网络架构。

　　贰

　　由于工艺单元的可复制性与可替换性特点，每个生产单元内部的网络架构及IP规划是一样的，在接入工厂主干网络时，需考虑使用网络技术手段避免工厂网络中的IP冲突；工艺单元只能与控制中心建立通讯，不同工艺单元之间不能通讯。

　　此考点在于内外网的划分手段NAT（网络地址转换功能）与防火墙规则的过滤策略。

　　目前工业网络架构越来越大，越来越多的面临多种功能集成，由于知识产权、责任范围等原因，有很多功能模块的系统集成商或者OEM厂商并不太愿意将本身的系统完全开放到整体网络当中，因此如何使用网络手段来满足客户的需求成为必要的功能需求。NAT地址转换可以将受保护的内部网络翻译成外部的网络地址，建立了一种受控的连接，使内部网络隔离于外部整体网络。另外配合越来越的受关注的工业安全，NAT的实现方法也越来越广泛应用于各个行业。

　　叁

　　考虑全场无线AP布点方式，采用全向天线进行无线覆盖，考虑无线信号冗余度，在AGV小车运行轨迹全线完成无线网络覆盖，每个AP的覆盖范围应有重叠区，在个别AP和其他设备出现故障时，以达到在全线范围内实时无缝的视频和数据传递，保证AGV小车高速移动（不高于30公里/小时）情况下的在不同工艺单元之间的无缝切换；无线网络局域网的丢包率应控制在1%以下；

　　此考点在于无线的规划，包括但不限于布点位置、信号规划、漫游优化及快速漫游的选择，此项选手的发挥度很大，存在很多我们可以借鉴的方面

　　工业无线的应用越来越广泛，不仅仅局限于AGV/RGV等传统物流行业，传统行业主控系统的物流辅助也是工业无线系统的应用位置，如车间内的天车系统。工业无线不同于传统商业无线，其对于控制信号的实时性支持很容易就能表现出来，毫秒级的响应时间使无线控制成为可能。

肆

　　AGV小车内安装工业无线客户端进行无线信号接收，AGV小车内PLC与控制中心PLC进行通讯，要求与控制中心PLC信息交互时间小于64ms，同时有一路10Mbps高清视频传输到控制中心视频服务器，需考虑从AGV小车网络开始将视频信号与控制数据子网隔离；需要考虑数据的无线安全可靠传输。

　　此考点在于如何通过VLAN对视频及控制数据进行隔离，并且在数据传输时多种安全策略的实现方式；另外的一个考点在于上下位控制系统与无线系统的配合手段，PN数据传输的实时性实现方式；

伍

　　视频服务器负责对AGV小车上IP摄像头的视频进行归档及显示；综合监控服务器负责工艺单元生产数据归档显示，同时也需要显示AGV小车上IP摄像头的视频；服务器主机均为单网卡；

　　此考点在于路由功能的选择，如何实现多VLAN数据的读取

陆

　　维护工程师

需要通过内部办公网络与生产网络建立安全可靠连接，要求安全的加密传输数据，实现远程维护功能。

需要考虑工厂生产网络与工厂办公网络的安全隔离手段。

　　此考点关注但不限于VPN、防火墙等安全技术的考虑。

　　寄语

　　随着工业网络的扩大，一网到底网络的实现，传统EMS/ERP系统会直接访问到底层的控制层。

如何将如此庞大复杂的网络进行清楚明晰的管理

如何使多种数据不会互相影响

如何安全的进行访问需要我们整合多种技术手段实现

　　从最基本的VLAN划分进行数据隔离，到跨VLAN的路由实现，到不同位置防火墙的设计，到不同防护墙策略的实施。我们的考题基于实际的项目展开。

　　目的就是可以引导我们未来的工程师们可以从底层到高层一步步进行细致的需求分析、技术选择、方案论证和实施验证，最终制定出贴合客户要求同时又兼容经济性、技术拓展性、和可复制性的最佳方案；

　　同时希望在这种过程中所积累的各种团队合作经验问题可以对未来的工程师们有所帮助。