П��омышленные сети играют жизненно важную роль в обеспечении автоматизации современных производств. В этой статье мы поговорим о том, из каких компонентов состоят промышленные сети, об их особенностях, и о том, чем они отличаются от корпоративных.
Итак, промышленные сети — это взаимосвязанная инфраструктура устройств и систем, используемых для бесперебойной передачи данных и управления в промышленных условиях. Они обеспечивают эффективную автоматизацию, мониторинг и оптимизацию промышленных процессов, а также учитывают требования к протоколам, необходимым для поддержания стабильной связи между устройствами без прерываний. Большая часть этой связи зависит от миллисекунд, а некоторые данные — даже от микросекунд.
Современные промышленные сети Ethernet необходимы для повышения эффективности и производительности предприятий. Они позволяют осуществлять мониторинг и управление оборудованием в режиме реального времени, обеспечивают прогнозируемое техническое обслуживание и способствуют принятию решений на основе данных. Наличие надежной и стабильной промышленной сети жизненно важно для любой организации; она является основой всех операций, будь то внедрение тонкого клиента, сбор данных, эксплуатация промышленного программного обеспечения или даже расширение существующего предприятия. Важно понимать, что промышленная сеть это надежный фундамент всей ИТ инфраструктуры предприятия, и никто не захочет строить дом без прочного и надежного фундамента, так как дополнительный вес верхних этажей приведет к разрушению дома еще до завершения его строительства.
Далее давайте разберемся с тем, чем отличаются корпоративные сети от промышленных.
Различия между корпоративными и промышленными сетями
Корпоративные сети — это сетевая инфраструктура и системы, используемые предприятиями и организациями для внутренней связи и обмена данными. Как правило, они включают подключение офисных устройств, таких как компьютеры, принтеры и серверы, для обеспечения доступа к общим ресурсам и услугам. Если рассматривать на примере завода, то корпоративная сеть как правило располагается в административных корпусах, где размещается бухгалтерия и менеджмент предприятия.
С другой стороны, промышленные сети ориентированы на сетевые решения, специально разработанные для промышленных сред, таких как производственные предприятия, нефтеперерабатывающие заводы и электростанции. Промышленные сети создаются для поддержки жестких требований систем промышленной автоматизации и управления, включая связь в реальном времени, надежность и кибербезопасность.
Хотя корпоративные и промышленные сети имеют некоторые общие принципы, например, сегментацию сети и меры безопасности, промышленные сети уделяют больше внимания таким факторам, как детерминизм, надежность и совместимость с промышленными протоколами и стандартами.
Промышленные сети часто требуют специализированного сетевого оборудования и технологий, способных выдерживать суровые условия и жесткие требования промышленных приложений, такие как высокие температуры, электрические помехи и критически важные операции.
Также, стоит отметить, что промышленная сеть всегда отделена от корпоративной. В идеальном мире эти две сети вообще существуют отдельно и не имеют связности. Но как правило, промышленная сеть отделена от корпоративной с помощью межсетевых экранов. При этом, для обмена данными между этими сетями должен использоваться сегмент ДМЗ.
Сетевые технологии промышленных систем управления
Далее давайте рассмотрим, что из себя представляют сетевые технологии промышленных сетей. Промышленные системы управления относятся к сетевой инфраструктуре Ethernet и протоколам, используемым специально для подключения и поддержки промышленных систем управления на производственных площадках. Эти системы управления отвечают за контроль и мониторинг различных процессов и оборудования на производственных предприятиях.
Цель сетевых технологий ICS на производственных площадках — обеспечить надежную и безопасную коммуникационную инфраструктуру, гарантирующую бесперебойную и эффективную работу промышленных процессов. Она включает в себя использование специализированных сетевых технологий и протоколов, разработанных для выполнения жестких промышленных требований, таких как высокая надежность, детерминированность и связь в реальном времени.
Вот некоторые распространенные технологии и протоколы, используемые в ICS на производственных площадках, включают:
Ethernet/IP
PROFINET
Modbus TCP/IP
DeviceNet
CIP (Common Industrial Protocol)
PTP (Precision Time Protocol)
Внедрение надежных и безопасных сетевых технологий на производственных площадках позволяет промышленным организациям оптимизировать свою деятельность, повысить производительность и обеспечить безопасность и надежность производственных процессов.
Типы промышленных сетей
Поговорим подробнее о том, что из себя представляют некоторые из представленных выше промышленных протоколов.
В основу большинства промышленных сетей положены уже знакомые нам Ethernet/IP. На предприятиях обычно используют стандартную технологию Ethernet для высокоскоростной связи и бесшовной интеграции с устройствами.
Открытый стандарт промышленного Ethernet PROFINET обеспечивает связь в реальном времени и гибкость работы при передаче данных. Стандарт поддерживает три основных профиля: PROFIsafe, PROFIdrive и PROFIenergy, которые могут реализовать функции безопасности, управления движением и энергосбережения. Высокая скорость связи. PROFINET обеспечивает своевременный и точный обмен данными. Наличие функции диагностики позволяет быстро определить местонахождение точки отказа.
Еще один широко распространенный протокол это Modbus TCP/IP. Он также используется для подключения промышленных устройств по Ethernet.
DeviceNet — открытый протокол промышленной сети, предназначенный для подключения простых устройств и датчиков в сети. Поддерживает два основных типа сообщений: явные (explicit messages) и сообщения ввода‑вывода (I/O messages).
Компоненты промышленных сетей
Основными компонентами промышленных сетей являются ПЛК, ЧМИ и SCADA системы. Рассмотрим подробнее, что из себя представляет каждый из них.
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) это мощные промышленные компьютеры, которые управляют и автоматизируют различные процессы в производстве. Человеко‑машинные интерфейсы (ЧМИ) представляет собой графические интерфейсы, позволяющие операторам контролировать и взаимодействовать с промышленным оборудованием и системами.
Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) это система управления, которая позволяет собирать и анализировать данные в реальном времени из промышленных процессов для мониторинга и управления.
Промышленная кабельная сеть Ethernet может использовать оптоволокно или медь. В ка��естве активного сетевого оборудования обычно используются промышленные коммутаторы, обеспечивающие надежное и эффективное сетевое соединение.
Лучшие практики проектирования промышленных сетей
При проектировании промышленных сетей важно следовать определенным рекомендациям, позволяющим обеспечить их надежность и безопасность. Так, при планировании структуры сети необходимо уделить достаточно внимания сегментации. То есть необходимо выполнить разделение сети на логические сегменты. Например, поместить в отдельные подсети различные системы автоматизированного управления (АСУ) и их компоненты. Такая сегментация с использованием ограничения доступа между сегментами с помощью межсетевого экранирования позволит обеспечить стабильность, безопасность и надлежащее управление трафиком.
Также необходимо уделить особое внимание обеспечению избыточности и отказоустойчивости. Для этого нужно, чтобы в топологию сети были заложены резервные каналы и избыточные пути для минимизации последствий сбоев.
Отдельно стоит обратить внимание на меры безопасности. В промышленной сети должны использоваться надежные протоколы и стратегии кибербезопасности для защиты сетей и конфиденциальных промышленных данных от угроз.
Здесь можно рекомендовать использование многоуровневого подхода к защите, соответствующий промышленным стандартам безопасности, таким как IEC-62443 (ранее ISA99) «Безопасность систем промышленной автоматизации и управления (IACS)» и NIST 800–82 «Безопасность систем промышленного управления (ICS)».
Модель CPwE от Cisco и Rockwell Automation: Converged Plantwide Ethernet (CPwE) включает в себя комплексные сетевые архитектуры, разработанные Cisco и Rockwell Automation. Она предоставляет масштабируемое и безопасное руководство по сетевой инфраструктуре для промышленных приложений, интегрирующее различные системы автоматизации и управления. CPwE включает в себя упомянутые выше лучшие практики, а также дополнительные рекомендации, специфичные для продуктов и технологий Rockwell Automation.
Модель Converged Plantwide Ethernet (CPwE) от Cisco и Rockwell Automation предоставляет масштабируемое и безопасное руководство по сетевой инфраструктуре для промышленных приложений.
Примеры внедрения промышленных сетей
Рассмотрим несколько примеров промышленных сетей, их проблем и тех преимуществ, которые они предлагают для систем промышленной автоматизации.
Промышленная сеть Ethernet для нефтегазовой отрасли
Задача: Нефтегазовые операции требуют отказоустойчивых и высокозащищенных коммуникационных сетей для обеспечения бесперебойного производства и безопасности.
Решение: Разработка защищенной, масштабируемой и надежной сетевой инфраструктуры Ethernet с использованием резервных устройств и кабельных трасс, поддерживающей критически важные системы связи и управления.
Преимущества: Повышение операционной эффективности, улучшение безопасности и сокращение времени простоя способствуют увеличению прибыльности нефтегазовых компаний.
Промышленная сеть Ethernet для фармацевтической отрасли
Задача: Фармацевтические предприятия сталкиваются со сложностью сети и необходимостью соблюдения строгих нормативных требований.
Решение: Разработка физически защищенной сетевой архитектуры с расширенными возможностями мониторинга и проверяемым контролем изменений для обеспечения соответствия отраслевым нормам.
Преимущества: Улучшенная целостность данных, упрощенное управление сетью и улучшенное соответствие нормативным требованиям повышают операционную эффективность фармацевтических компаний.
Промышленная сеть Ethernet для автомобильной промышленности
Эффективные производственные процессы: Промышленные сети Ethernet обеспечивают бесшовную интеграцию производственных систем, оптимизируя эффективность производства и снижая затраты.
Оперативная информация в режиме реального времени: Промышленные сети Ethernet позволяют производителям автомобилей собирать данные с оборудования OEM и производственных линий, получая ценную информацию для принятия более обоснованных решений.
Масштабируемость для будущего роста: Современные промышленные сети Ethernet отвечают меняющимся потребностям автомобильной промышленности, обеспечивая легкую интеграцию новых технологий и систем.
Ключевые выводы из примеров проектирования промышленных сетей Ethernet:
Повышение операционной эффективности: Промышленные сети Ethernet позволяют предприятиям оптимизировать свою деятельность, сокращать время простоя и повышать производительность.
Повышение безопасности сети: Промышленные сети позволяют внедрять надежные меры кибербезопасности для защиты критически важных промышленных систем от потенциальных угроз.
Обеспечение масштабируемости и перспективности: Промышленные сети обеспечивают легкую интеграцию новых технологий и адаптацию к меняющимся требованиям отрасли.
Заключение
Промышленные сети являются основой современного производства, обеспечивая эффективную работу, мониторинг в реальном времени и принятие решений на основе данных. Понимая эти типы, компоненты и передовые методы, вы можете использовать возможности промышленных сетей для оптимизации производительности и достижения успеха в вашей организации.
Промышленная сеть не про «лишь бы пинговалось»: тут цена ошибки — простой, инцидент или дырка в периметре. Ниже — три бесплатных демо-занятия от преподавателей профильных курсов про наблюдаемость, хардненинг и архитектуру безопасности.
22 января 19:00. «eBPF: рентгеновское зрение для production. Видим сеть, безопасность и узкие места на уровне ядра Linux». Записаться
27 января 20:00. «Docker hardening + IaC security: типовые ошибки и чек-лист безопасной инфраструктуры». Записаться
3 февраля 20:00. «Экономика и архитектура комплексной кибербезопасности компании». Записаться
