工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用PPT完整全套教學(xué)課件

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用全套PPT課件第一章緒論011.1工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)演進(jìn)與工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化與工業(yè)控制系統(tǒng)通常被簡(jiǎn)稱為ICS(IndustrialControlSystems),在ISA-99/IEC62443標(biāo)準(zhǔn)中,工業(yè)控制系統(tǒng)指的是能夠?qū)I(yè)過(guò)程的安全性、可靠性造成影響的集合,其通常具有以下四個(gè)功能:測(cè)量1比較2計(jì)算3矯正4021.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)(BaseTypePneumaticInstrumentControlSystem,BTPICS)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)(ElectricUnitCombinedAnalogInstrumentControlSystem,EUCAICS)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)(CentralizedDigitalControlSystem,CDCS)以及集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem,DCS)后,將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem,FCS)的方向發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)也被稱為現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò),是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)的成熟,現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將逐步與分布式控制系統(tǒng)相融合,并最后取而代之,在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)充分發(fā)揮其在處理開(kāi)關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì)。031.1.2基于PC的工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)PC自20世紀(jì)90年代初進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化,其具有豐富的硬件資源、軟件資源和人力資源,得到了廣大工程技術(shù)人員的支持,后期逐步深入其他各個(gè)領(lǐng)域,并獲得了廣泛的應(yīng)用。由于PC具有一定的開(kāi)放性,因此基于PC(包括嵌入式PC)的工業(yè)控制系統(tǒng),以每年20%以上的速率增長(zhǎng),使基于PC的工業(yè)控制技術(shù)逐漸成為21世紀(jì)初的主流技術(shù)之一。031.1.3管控一體化集成系統(tǒng)隨著Internet技術(shù)逐步滲透到工業(yè)控制領(lǐng)域,控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的結(jié)合成為必然,這也為管控一體化、工業(yè)企業(yè)信息化以及基于網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)自動(dòng)化提供了技術(shù)支持。企業(yè)選擇管控一體化提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率,增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。因此,工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展新方向是通過(guò)以太網(wǎng)和Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放型、分布式智能系統(tǒng),基于以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提供模塊化、分布式、可重用的工業(yè)控制方案。其最主要的方面就是發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)的工程化工業(yè)控制與管理軟件。031.1.3管控一體化集成系統(tǒng)建設(shè)管控一體化系統(tǒng),主要包括多種系統(tǒng)的集成和多種技術(shù)的集成。多種系統(tǒng)集成主要包含三種集成模型:

(1)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS與DCS的集成,即FCS實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)控回路,DCS作為高一層的管理協(xié)調(diào)者實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。

(2)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS、DCS與PLC的集成,即邏輯聯(lián)鎖比較復(fù)雜的場(chǎng)合使用PLC、FCS實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)控回路,DCS作為高一層的管理協(xié)調(diào)者,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。

(3)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS是多種設(shè)備的集成,解決不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換問(wèn)題,重點(diǎn)研究不同現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的互操作性和統(tǒng)一的組態(tài)、監(jiān)控和軟件,以不影響各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的功能和性能為前提,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)縫集成。031.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.層次及功能從企業(yè)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的角度看,工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從底層向上可劃分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)、過(guò)程控制(監(jiān)控)網(wǎng)、管理信息網(wǎng)等幾個(gè)層次,其具體功能如下:現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)1過(guò)程控制(監(jiān)控)網(wǎng)2管理信息網(wǎng)3031.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.性能指標(biāo)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與商業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有著很大的不同,其性能指標(biāo)主要包括實(shí)時(shí)性、確定性、可靠性和可用性。實(shí)時(shí)性1確定性2可靠性3可用性4031.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.工業(yè)以太網(wǎng)的特性在保證網(wǎng)絡(luò)正常工作的同時(shí),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須對(duì)以上三種不同的信息做出不同的處理。早期的工業(yè)控制系統(tǒng)采用具有確定性通信協(xié)議的令牌網(wǎng)絡(luò)以滿足通信需求,直到20世紀(jì)末至21世紀(jì)初,隨著在信息領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,以太網(wǎng)逐漸被引入工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)使工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展的方向,并且促使自動(dòng)化儀表、在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)(OnlineChargingSystem,OCS)和PLC等產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大變革,促使工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域不斷更新與發(fā)展。當(dāng)然現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在其發(fā)展過(guò)程中也存在著一些不足,具體表現(xiàn)如下:031.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線的速度較低,支持的應(yīng)用較為有限,不便于和Internet信息集成。不同總線之間不能兼容,不能很好地實(shí)現(xiàn)信息透明互訪,更是無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫集成?，F(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)過(guò)多,較為煩瑣。現(xiàn)場(chǎng)總線是專用的實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò),成本較高。4321031.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)(FieldbusControlSystem,FCS)是指一種數(shù)字化、串行、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),該技術(shù)將安裝在工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的智能自動(dòng)化儀表和裝置與安裝在控制室中的儀表和控制設(shè)備連接起來(lái)?；谶@種總線的新一代控制系統(tǒng)有兩個(gè)突出的特點(diǎn):一是開(kāi)放性,與OCS相比較,它突破了專用通信網(wǎng)絡(luò)的局限,采用基于公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案,克服了封閉系統(tǒng)所產(chǎn)生的不足;二是分散性,把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng),將集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)。031.2.2工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)總之,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的搭建需要考慮傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)類型以及網(wǎng)絡(luò)性能需求等問(wèn)題。工業(yè)局域網(wǎng)的特點(diǎn)如下:1快速實(shí)時(shí)響應(yīng)。3環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。2可靠性高4開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)互操作性強(qiáng)。10謝謝觀看工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用第二章以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)012.1以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)概述以太網(wǎng)(Ethernet)是一種較為普遍的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)規(guī)范。它基于IEEE制定的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了包括物理層的連線、電信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議等內(nèi)容,并在很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET)。最初的以太網(wǎng)以2.94Mbit/s速率進(jìn)行信息傳輸,歷經(jīng)10Mbit/s、100Mbit/s后,千兆以太網(wǎng)甚至10G以太網(wǎng)正在迅速崛起,并滲透到各個(gè)行業(yè)。以太網(wǎng)的工作方式主要包括:?半雙工:數(shù)據(jù)可以沿兩個(gè)方向傳送,但是在同一時(shí)刻只允許一個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)。?全雙工:數(shù)據(jù)可以沿兩個(gè)方向傳送,在同一時(shí)刻也可以雙向傳送數(shù)據(jù)。02

CSMA/CD的工作原理一般總結(jié)為先聽(tīng)后發(fā),邊發(fā)邊聽(tīng),沖突停發(fā),隨機(jī)延遲后重發(fā)。其工作流程如圖2-1所示。2.1以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)概述圖2-1CSMA/CD的工作流程03在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出,具體表現(xiàn)如下:2.1以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)概述(1)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛。(2)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性較好。(3)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)通信速率較高。(4)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)共享能力較好。(5)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展空間較大。032.1.1物理層網(wǎng)絡(luò)物理層是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間通信的第一層。該層中定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需要的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性,其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。網(wǎng)絡(luò)物理層要解決的主要問(wèn)題如下:

(1)物理層要盡可能地屏蔽掉物理設(shè)備、傳輸媒體、通信手段的不同,使數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異,只需要考慮完成本層的協(xié)議和服務(wù)。

(2)物理層需要解決物理連接的建立、維持和釋放等問(wèn)題,為其服務(wù)對(duì)象———數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流的能力。

(3)物理層需要為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)通路、傳輸數(shù)據(jù)。此外,工業(yè)應(yīng)用的以太網(wǎng)物理層還需要滿足以下幾點(diǎn):032.1.1物理層功耗和高溫工作環(huán)境1EMC/ESD穩(wěn)健性2以太網(wǎng)物理層延遲3以太網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)速率可擴(kuò)展性4產(chǎn)品尺寸5產(chǎn)品壽命6032.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(1)通過(guò)改變幀結(jié)構(gòu)、優(yōu)化調(diào)度等方法來(lái)修改數(shù)據(jù)鏈路層之上的協(xié)議,以保證實(shí)時(shí)性,典型的協(xié)議有EthernetPowerlink、Profinet和EPA。工業(yè)以太網(wǎng)作為當(dāng)今科技發(fā)展的重要標(biāo)志性技術(shù),其實(shí)時(shí)性是一個(gè)重要指標(biāo)。因此在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)基礎(chǔ)上針對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行了適當(dāng)修改,以提高工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性。具體包括兩個(gè)方面:(2)修改數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,在實(shí)時(shí)通道內(nèi)由實(shí)時(shí)MAC接管通信控制,避免報(bào)文沖突,簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理,典型的協(xié)議有EtherCAT、SERCOSⅢ、MECHATROLINKⅢ等。032.1.3網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層是負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀傳輸,而網(wǎng)絡(luò)層是負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)上。網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的交通警察,它的主要職責(zé)就是確保所有數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)明確、高效的路徑傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。具體的操作:一是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層收到傳輸層送來(lái)的數(shù)據(jù)后,加上數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)和目的主節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址,并封裝成數(shù)據(jù)包,然后送到數(shù)據(jù)鏈路層。二是接收數(shù)據(jù)鏈路層送來(lái)的數(shù)據(jù)包后,打開(kāi)數(shù)據(jù)包,檢測(cè)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)地址,并判斷是否是自己的地址,如果是就把數(shù)據(jù)包的包頭去掉,轉(zhuǎn)變成傳輸層的數(shù)據(jù)段交給傳輸層;如果不是自己的地址就把數(shù)據(jù)包包好,返還給數(shù)據(jù)鏈路層,并確定數(shù)據(jù)該送的下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)?？傊?網(wǎng)絡(luò)層主要是檢查網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)分組交換、選擇路徑、流量控制等手段,通過(guò)運(yùn)行路由協(xié)議來(lái)決定傳輸報(bào)文的最佳路徑,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。032.1.3網(wǎng)絡(luò)層

IP地址包含在IP分組(網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元中),是指互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址,又可稱為網(wǎng)際協(xié)議地址,IP地址是IP協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式,它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)邏輯地址,以此來(lái)屏蔽物理地址的差異。IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù),由兩部分構(gòu)成:網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID;其中網(wǎng)絡(luò)ID是用來(lái)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)某個(gè)網(wǎng)段,同一網(wǎng)段中的所有設(shè)備的IP地址具有相同的網(wǎng)絡(luò)ID;主機(jī)ID是用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)段內(nèi)的一個(gè)TCP/IP節(jié)點(diǎn),在同一網(wǎng)段內(nèi),主機(jī)ID必須是唯一的,主機(jī)ID的分配由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)。為了識(shí)記方便,IP地址通常被分割為4個(gè)“8位二進(jìn)制數(shù)”(也就是4個(gè)字節(jié)),采用“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示成(a、b、c、d)的形式,其中a、b、c、d均取值為0~255的十進(jìn)制整數(shù)。如某機(jī)器分配IP地址為10000000000011110000011100011111,其具體情況分析如圖2-7所示。032.1.3網(wǎng)絡(luò)層圖2-7IP地址的點(diǎn)分十進(jìn)制記法032.1.3網(wǎng)絡(luò)層圖2-8IP地址分類

IP協(xié)議規(guī)定IP地址分為五類:A、B、C、D、E類,其中A、B、C三類是基本類,D、E兩類作為多播和保留使用,具體分類如圖2-8所示。032.1.3網(wǎng)絡(luò)層

IP地址中有一些特殊用途的IP地址,不能用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,其具體如下:

(1)IP地址中的主機(jī)ID全為“0”,則標(biāo)識(shí)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),而不是指示網(wǎng)絡(luò)上特定主機(jī)。

(2)IP地址中的主機(jī)ID全為“1”,則為廣播地址,表示向某個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

(3)IP地址中的網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID全為“0”()代表所有的主機(jī),路由器用該地址指定默認(rèn)路由。

(4)IP地址中的網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID全為“1”(55),稱為有限廣播地址,表示在本網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行廣播發(fā)送,路由器并不轉(zhuǎn)發(fā)這些類型的廣播。

(5)IP地址中以127打頭的地址作為內(nèi)部回送地址,不能用作公共網(wǎng)地址。

IP地址中包含網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID,如何從32位二進(jìn)制中判斷哪些位是網(wǎng)絡(luò)ID,哪些位是主機(jī)ID,就需要用到子網(wǎng)掩碼(SubnetMask),其需要和IP地址按位進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算來(lái)區(qū)分網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。對(duì)應(yīng)A、B、C三類IP地址的子網(wǎng)掩碼見(jiàn)表2-1。032.1.3網(wǎng)絡(luò)層032.1.3網(wǎng)絡(luò)層某些基本類的IP地址中主機(jī)數(shù)目量過(guò)大,如果這些節(jié)點(diǎn)都處于一個(gè)廣播域中會(huì)造成廣播通信飽和,因此不可能讓它們處于同一廣播域。在IP地址設(shè)計(jì)過(guò)程中為解決該問(wèn)題可以通過(guò)在某子網(wǎng)中借用主機(jī)號(hào)的最高幾位進(jìn)行子網(wǎng)劃分,這樣IP地址結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)絡(luò)ID、子網(wǎng)ID和主機(jī)ID。子網(wǎng)劃分實(shí)際上就是子網(wǎng)掩碼設(shè)計(jì)的過(guò)程,例如某公司有一個(gè)C類IP地址/27,則子網(wǎng)數(shù)為23=8(27-24=3)主機(jī)數(shù)為25-2=32-2=30(去掉每個(gè)子網(wǎng)中第一個(gè)IP地址和最后一個(gè)IP地址)說(shuō)明:為該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步細(xì)化子網(wǎng)8個(gè),每個(gè)子網(wǎng)中可以容納主機(jī)數(shù)為30。032.1.4傳輸層傳輸層也稱為運(yùn)輸層,該層依賴于網(wǎng)絡(luò)層的虛擬電路或數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù),實(shí)現(xiàn)主機(jī)應(yīng)用程序之間端到端的連通。該層的協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)主機(jī)上的進(jìn)程之間提供了可靠、有效的報(bào)文傳送服務(wù)。最為常見(jiàn)的兩個(gè)協(xié)議分別是傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol,TCP)和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UserDatagramProtocol,UDP)。傳輸層只存在于端開(kāi)放系統(tǒng)中,介于低三層通信子網(wǎng)系統(tǒng)和高三層之間,是源端到目的端對(duì)數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行控制的從低到高的最后一層,也是很重要的一層。傳輸層中一個(gè)完整的服務(wù)一般包括傳輸連接的建立,數(shù)據(jù)的傳送(細(xì)分為一般數(shù)據(jù)傳送和加速數(shù)據(jù)傳送),傳輸連接的釋放三個(gè)階段。它主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯連接的建立、傳輸層尋址、數(shù)據(jù)傳輸、傳輸連接釋放、流量控制、擁塞控制、多路復(fù)用和解復(fù)用、崩潰恢復(fù)等功能。032.1.4傳輸層該層一方面接收會(huì)話層送來(lái)的數(shù)據(jù),并加上端口地址、序號(hào)以及一些控制信息組裝成數(shù)據(jù)段,傳送給網(wǎng)絡(luò)層。另一方面則接收網(wǎng)絡(luò)層送來(lái)的數(shù)據(jù),要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè),并進(jìn)行糾錯(cuò),若不能進(jìn)行糾錯(cuò)則需要通知對(duì)方重發(fā),沒(méi)有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)則根據(jù)數(shù)據(jù)的端口地址送到相應(yīng)的應(yīng)用程序端口。傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol,TCP)是基于連接的協(xié)議,也就是說(shuō),在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前,必須和對(duì)方建立可靠的連接。一個(gè)TCP連接必須要經(jīng)過(guò)三次“對(duì)話”才能建立起來(lái),其中的過(guò)程非常復(fù)雜,主機(jī)A和主機(jī)B利用TCP協(xié)議進(jìn)行通信的過(guò)程如圖2-9所示。032.1.4傳輸層圖2-9主機(jī)A和主機(jī)B利用TCP協(xié)議進(jìn)行通信的過(guò)程032.1.4傳輸層經(jīng)過(guò)三次“對(duì)話”之后,主機(jī)A才向主機(jī)B正式發(fā)送數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UserDataProtocol,UDP)是與TCP相對(duì)應(yīng)的協(xié)議。它是面向非連接的協(xié)議,因通信過(guò)程中無(wú)須握手,因此速度快、消耗少,但是易丟包,UDP較為適用于一次只傳送少量數(shù)據(jù)的應(yīng)用環(huán)境。比如,我們經(jīng)常使用ping命令來(lái)測(cè)試兩臺(tái)主機(jī)之間TCP/IP通信是否正常,其實(shí)ping命令的原理就是向?qū)Ψ街鳈C(jī)發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包,然后對(duì)方主機(jī)確認(rèn)收到數(shù)據(jù)包,如果數(shù)據(jù)包是否到達(dá)的消息能夠及時(shí)反饋回來(lái),那么網(wǎng)絡(luò)就是通的。032.1.4傳輸層通過(guò)比較可以看出TCP通信協(xié)議需要三次握手,因此速度慢、消耗多;而UDP不需要握手,通信效率高,而在工業(yè)以太網(wǎng)中一般強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性,因此UDP協(xié)議應(yīng)用較為普遍。工業(yè)以太網(wǎng)通過(guò)修改TCP(UDP)/IP協(xié)議棧,來(lái)增加實(shí)時(shí)調(diào)度以控制通信中的不確定因素。典型協(xié)議包括Modbus/TCP、Ethernet/IP等,這種方案的響應(yīng)時(shí)間為幾十毫秒,一般稱為軟實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng),適合100ms以上實(shí)時(shí)性要求的工廠級(jí)控制領(lǐng)域。例如,Modbus/TCP并未對(duì)Modbus本身的協(xié)議進(jìn)行修改,而是將Modbus幀嵌入TCP幀中,并采用面向連接的方式,每一個(gè)請(qǐng)求都要求一個(gè)應(yīng)答。這種請(qǐng)求/應(yīng)答的機(jī)制與Modbus的主/從機(jī)制互相配合,使得交換式以太網(wǎng)具有很高的確定性。032.1.5應(yīng)用層應(yīng)用層是開(kāi)放系統(tǒng)的最高層,直接和應(yīng)用程序接口并提供常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù),例如事務(wù)服務(wù)、文件傳送服務(wù)等。其作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程相互通信的同時(shí),完成一系列業(yè)務(wù)處理所需要的服務(wù),其服務(wù)元素分為兩類:公共應(yīng)用服務(wù)元素CASE和特定應(yīng)用服務(wù)元素SASE。CASE提供最基本的服務(wù),它可成為應(yīng)用層中任何用戶和任何服務(wù)元素的用戶,主要為應(yīng)用進(jìn)程通信、分布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供基本的控制機(jī)制;SASE則要滿足一些特定服務(wù),如文件傳送、訪問(wèn)管理、作業(yè)傳送、銀行事務(wù)和訂單輸入等。應(yīng)用層的軟件大致分為兩類:

(1)網(wǎng)絡(luò)感知應(yīng)用程序。

(2)應(yīng)用層服務(wù)。另外,應(yīng)用層也向表示層發(fā)出請(qǐng)求。032.2時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)

TSN是由一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的,主要分為時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)流調(diào)度策略以及TSN網(wǎng)絡(luò)與用戶配置,是國(guó)際產(chǎn)業(yè)界正在積極推動(dòng)的全新工業(yè)通信技術(shù)。時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)允許周期性與非周期性數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)中傳輸,使得標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)具有確定性傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì),并通過(guò)廠商獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,已成為廣泛聚焦的關(guān)鍵技術(shù)。TSN是IEEE802.1Q標(biāo)準(zhǔn)的VLAN。該標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀中插入4個(gè)字節(jié)用于定義其特征。TSN數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2-2。032.2時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)032.2時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)具體意義如下:

(1)標(biāo)簽協(xié)議識(shí)別:網(wǎng)絡(luò)類型識(shí)別,代表這是一個(gè)TSN網(wǎng)絡(luò),標(biāo)記0X8100。

(2)優(yōu)先級(jí)代碼(PriorityCodePoint,PCP)由3位代碼構(gòu)成。

(3)丟棄標(biāo)志位:對(duì)于網(wǎng)絡(luò)低QoS要求的數(shù)據(jù),可以丟棄,以確保高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的QoS。

(4)VLAN網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別號(hào)(VLANIdentifier,VID):12位表示可支持的子網(wǎng)數(shù)量為212,共4096個(gè),VID=0用于識(shí)別幀優(yōu)先級(jí),4095(FFF)作為預(yù)留值,因此VID最多可以表示4094個(gè)子網(wǎng),這也表明TSN是為了大型的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的。當(dāng)前工廠網(wǎng)絡(luò)采用典型的兩層三級(jí)架構(gòu),其中,IT和OT兩層網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和安全隔離;工廠、車(chē)間、現(xiàn)場(chǎng)三級(jí)之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨(dú)立。隨著TSN+OPCUA的推進(jìn),拉通了底層互聯(lián)互通、語(yǔ)義轉(zhuǎn)換和信息技術(shù)的發(fā)展,原有的兩層三級(jí)架構(gòu)將會(huì)變成模糊,變得更加扁平、高效。032.2時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)

TSN的意義對(duì)于工業(yè)而言并非僅僅是實(shí)時(shí)性,而在于通過(guò)TSN實(shí)現(xiàn)了從控制到整個(gè)工廠的連接。TSN是IEEE的標(biāo)準(zhǔn),更具有“中立性”,因而得到了廣泛的支持。在工業(yè)領(lǐng)域,包括貝加萊、三菱、西門(mén)子、施耐德、羅克韋爾等主流廠商已經(jīng)推出其基于TSN的產(chǎn)品。貝加萊推出新的TSN交換機(jī)、PLC,而三菱則采用了TSN技術(shù)的伺服驅(qū)動(dòng)器。不久的將來(lái)TSN將成為工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的主流總線。032.3

PoE2.3.1PoE簡(jiǎn)介以太網(wǎng)供電技術(shù)(PoweroverEthernet,PoE)是一種標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)布線的雙重功能技術(shù),既作為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施,又作為向遠(yuǎn)程設(shè)備供電的手段。這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)在簡(jiǎn)化安裝和提升互連效率方面提供了許多優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用于這項(xiàng)技術(shù)的常用設(shè)備包括IP電話、安全攝影機(jī)、智能照明設(shè)備、現(xiàn)代智能辦公設(shè)備等裝置,它們都能采用PoE技術(shù)來(lái)完成設(shè)備供電。這樣,就能省去配置電源線的費(fèi)用,使整個(gè)裝置更簡(jiǎn)潔,成本更低。032.3

PoE2.3.1PoE簡(jiǎn)介1PoE系統(tǒng)構(gòu)成3PoE供電設(shè)備原理2PoE供電傳輸方式4以太網(wǎng)供電過(guò)程032.3

PoE2.3.2PoE技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中,無(wú)論是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需要的安全攝像頭、無(wú)線接入點(diǎn)還是工業(yè)傳感器,都需要電源才能工作。通常,這將涉及在設(shè)備附近為其放置一個(gè)線路電源插座,即使低壓電源需求相對(duì)較小,通常不超過(guò)10W。在大多數(shù)情況下,設(shè)備可能是唯一需要線路電源插座,而且很明顯,在連接所有設(shè)備之前,廣泛的部署可能會(huì)帶來(lái)巨大的電氣安裝成本。PoE的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在線路斷電的情況下能夠?yàn)橹匾挠秒娫O(shè)施提供備用電源。032.3

PoE2.3.2PoE技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

PoE技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的一些應(yīng)用,能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)布線,降低能耗產(chǎn)生。許多工業(yè)自動(dòng)化設(shè)施的設(shè)計(jì)有一項(xiàng)原則就是易于配置和布局。例如,生產(chǎn)設(shè)施中的裝配線可能需要拆卸和設(shè)置以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。以太網(wǎng)和PoE的結(jié)合增加了自動(dòng)化系統(tǒng)的模塊性,使一些設(shè)備幾乎是即插即用的,只需要插入以太網(wǎng)電纜即可提供網(wǎng)絡(luò)連接和電源。這簡(jiǎn)化了工廠設(shè)置,使電纜更容易布線并連接到設(shè)備層。這也節(jié)省了項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)間,同時(shí)節(jié)省了額外布線的成本和鋪設(shè)電纜所需的人力。此外,通過(guò)為網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)PoE端點(diǎn)或供電設(shè)備PD提供一個(gè)中央電源,PoE提供了一個(gè)單一的維護(hù)點(diǎn)。例如:啟用PoE的交換機(jī)或集線器可以安全地為每個(gè)PD設(shè)備提供高達(dá)90W的功率,使PoE適用于攝像機(jī)、緊湊型控制面板以及閥門(mén)等執(zhí)行設(shè)備。032.3

PoE2.3.2PoE技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)同樣,采用PoE技術(shù)還可以釋放額外布線的空間。由于功耗、熱能耗等問(wèn)題,工業(yè)設(shè)施中的大多數(shù)電纜束會(huì)有一定的限制。同一束中的電纜通常使用扎帶固定在一起。因此,電纜束中的所有電纜都會(huì)產(chǎn)生熱量,從而升高整個(gè)電纜束的溫度,稱為“溫升”。由于電阻隨溫度升高而增大,由于熱量引起的功率和信號(hào)損耗將降低電纜束中每根電纜的功率效率。PoE簡(jiǎn)化了工業(yè)自動(dòng)化中電力電纜的使用,從而減少了一束電纜的數(shù)量,減少了熱功耗,并防止了以太網(wǎng)雙絞線中的信號(hào)退化,提高了向設(shè)備供電的效率。因此,在自動(dòng)化設(shè)備中增加PoE技術(shù)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。032.4容錯(cuò)與冗余工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性及高智能的優(yōu)點(diǎn),吸引著越來(lái)越多的制造業(yè)廠商,控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)常常采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)完成工業(yè)控制任務(wù)。在核電、電力以及交通等很多工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合下,設(shè)備所處的環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜,用戶對(duì)以太網(wǎng)的可靠性要求也越來(lái)越高。為了保證不會(huì)因通信服務(wù)器失效、網(wǎng)絡(luò)斷線或交換機(jī)故障而導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)癱瘓,現(xiàn)在普遍通過(guò)以太網(wǎng)冗余技術(shù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)的能力。032.4容錯(cuò)與冗余幾種常用冗余技術(shù)如下:1STP及RSTP2環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing3鏈路聚合LinkAggregation10謝謝觀看工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用第三章工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)軟件013.1SIMATICNET

OPC是一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范,稱為OPC基金會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。OPC采用典型的C/S模式,針對(duì)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序由硬件廠商完成,提供統(tǒng)一OPC接口標(biāo)準(zhǔn)的Server程序,軟件廠商只需按照OPC標(biāo)準(zhǔn)接口編寫(xiě)Client程序就可訪問(wèn)Server程序進(jìn)行讀寫(xiě),即可實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信。利用OPC技術(shù)可有效快速的集成不同供應(yīng)商的設(shè)備,提高編程效率降低成本。013.1SIMATICNET

SIMATICNET是西門(mén)子的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信軟件。它起連接上位機(jī)與下位機(jī)的作用,相當(dāng)于一個(gè)OPC,可以將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC、主機(jī)、工作站和個(gè)人電腦之間交換數(shù)據(jù),能夠適應(yīng)自動(dòng)化工程中的種類多樣性。SIMATICNET的主要特點(diǎn)如下:

(1)SIMATICNET包含CP5613、CP5614和CP1613、CP1616等通信卡的驅(qū)動(dòng)程序,Step7集成的“設(shè)置PG/PC接口”工具不支持上述通信卡。將這類CP卡插入計(jì)算機(jī),在安裝SIMATICNET時(shí),將自動(dòng)地為它們安裝驅(qū)動(dòng)程序。

(2)如果上位機(jī)運(yùn)行的組態(tài)軟件不支持西門(mén)子的通信協(xié)議,不能直接訪問(wèn)PLCS71200,需要用SIMATICNET的OPC功能來(lái)解決此類問(wèn)題。

(3)大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和多臺(tái)PLC組成,可以用SIMATICNET來(lái)組態(tài)PC站,然后在netpro中分別組態(tài)各PLC和各PC站點(diǎn)之間的連接。013.1SIMATICNET

(4)使用冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)S7-400h和CP1613、CP1616以太網(wǎng)卡時(shí),必須用SIMATICNET來(lái)組態(tài)冗余通信。

(5)SIMATICNET提供了S7、fdl、PG/OP等通信協(xié)議訪問(wèn)的授權(quán)。

SIMATICNET軟件中的OPCScout工具用于OPC組態(tài),生成的OPC的組和條目用于PLC與組態(tài)軟件的通信,還可以用來(lái)測(cè)試OPC服務(wù)器和PLC的數(shù)據(jù)通信。具體使用方法如下:013.1SIMATICNET第一步配置PC站的硬件機(jī)架。當(dāng)SIMATICNET軟件成功安裝后,在PC機(jī)桌面上可看到StationConfiguratoion的快捷圖標(biāo)同時(shí)在任務(wù)欄(Taskbar)中也會(huì)有StationConfigurationEditor的圖標(biāo)。

(1)通過(guò)雙擊圖標(biāo)打開(kāi)“StationConfigurationEditor”配置窗口,如圖3-1所示。023.1SIMATICNET圖3-1StationConfigurationEditor配置窗口023.1SIMATICNET

(2)選擇Index中的“1”(一號(hào)插槽),單擊“Add”按鈕,打開(kāi)“AddComponent”窗口,在Type下拉列表中選擇“OPCServer”選項(xiàng),單擊“OK”按鈕完成添加,如圖3-2所示。圖3-2添加OPCServer023.1SIMATICNET

(3)同樣方法選擇三號(hào)插槽添加“IEGeneral”,如圖3-3所示。

(4)單擊“OK”按鈕彈出網(wǎng)卡屬性對(duì)話框,如圖3-4所示。圖3-3添加IEGeneral圖3-4網(wǎng)卡屬性023.1SIMATICNET

(5)網(wǎng)卡的配置。單擊“NetworkProperties”按鈕,打開(kāi)Windows網(wǎng)絡(luò)配置窗口,選擇本地連接屬性菜單設(shè)置網(wǎng)卡參數(shù),如IP地址、子網(wǎng)掩碼等,如圖3-5所示。圖3-5本地連接屬性設(shè)置023.1SIMATICNET

(6)分配PCStation名稱。單擊“Stationname”按鈕,指定PC站的名稱,這里命名為PCStation。單擊“OK”按鈕完成PC站的硬件組態(tài),如圖3-6所示。圖3-6分配PCStation名稱023.1SIMATICNET說(shuō)明:StationName并不是特指PC機(jī)的名稱。第二步配置控制臺(tái)(ConfigurationConsole)的使用與設(shè)置。

(1)正確完成PCStation的硬件組態(tài)后,打開(kāi)配置控制臺(tái),可以看到所用以太網(wǎng)卡的模式已從PGmode切換到Configurationmode,插槽號(hào)(Index)也自動(dòng)指向3。

(2)在AccessPoints設(shè)定窗口中,將S7ONLINE指向PCinternal(local)。此設(shè)定是為PCStation組態(tài)的下載做準(zhǔn)備,如圖3-7所示。023.1SIMATICNET圖3-7PCStation配置控制臺(tái)下載023.1SIMATICNET第三步在STEP7中組態(tài)PCStation

(1)打開(kāi)SIMATICManager,通過(guò)FileNew創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目,如“項(xiàng)目1”。通過(guò)InsertStationSimaticPCStation插入一個(gè)PC站,雙擊“Configuration”進(jìn)入PCStation組態(tài)界面,如圖3-8所示。023.1SIMATICNET圖3-8STEP7中創(chuàng)建新項(xiàng)目與建立SimaticPCStation023.1SIMATICNET

(2)在硬件組態(tài)中,從硬件目錄窗口中選擇與已安裝的SIMATICnet軟件版本相符的硬件插入與在StationConfigurationEditor配置的PC硬件機(jī)架相對(duì)應(yīng)的插槽中,如圖3-9所示。

(3)分配普通以太網(wǎng)絡(luò)參數(shù),完成網(wǎng)卡配置,操作如上。單擊IEGeneral屬性對(duì)話框中“Properties”按鈕打開(kāi)以太網(wǎng)接口參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,按要求設(shè)置以太網(wǎng)卡的IP地址和相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼。IP地址應(yīng)與實(shí)際硬件所設(shè)以太網(wǎng)卡IP地址一致,并用“New”按鈕建立一個(gè)ethernet網(wǎng)絡(luò)。

(4)完成PC站組件設(shè)置后,右擊“PCstation”,單擊“在線組態(tài)PC站”選項(xiàng),如圖3-10所示。023.1SIMATICNET圖3-9PCStation硬件組態(tài)圖3-10組態(tài)的編譯存盤(pán)023.1SIMATICNET

(5)確認(rèn)“組態(tài)”無(wú)誤后,單擊“顯示”按鈕,如圖3-11所示,進(jìn)入“PC站顯示”窗口。圖3-11選擇“顯示”按鈕023.1SIMATICNET

(6)在“PC站顯示”窗口中,選擇“OPCServer”,在連接表第一行右擊插入一個(gè)新的連接,如圖3-12所示。圖3-12插入新的連接023.1SIMATICNET

(7)如果在同一個(gè)STEP7項(xiàng)目中,所要連接的PLC站已經(jīng)組態(tài)完成,連接會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建,不需要以下步驟的設(shè)置,僅需要確認(rèn)連接屬性即可,如圖3-13所示。圖3-13在網(wǎng)絡(luò)配置中添加新的連接023.1SIMATICNET

(8)在TIAPortal中PC硬件組態(tài)時(shí),“IEgeneral”與“OPCServer”序列號(hào)一定要與PC站所顯示的一致,否則將會(huì)出現(xiàn)組態(tài)錯(cuò)誤,如圖3-14所示。圖3-14S7索引序列號(hào)對(duì)應(yīng)023.1SIMATICNET

(9)確認(rèn)所有配置后,TIAPortal中的變量可以與PCStation關(guān)聯(lián),如果組態(tài)不正確,則不能下載到PCStation中,如圖3-15所示。圖3-15組態(tài)編譯023.1SIMATICNET第四步組態(tài)下載

(1)完成PC站組態(tài)后,即可將組態(tài)下載到PC站中,單擊“OK”按鈕執(zhí)行下載。

(2)下載完成后,可以打開(kāi)“StationConfigurationEditor”窗口,檢查組件狀態(tài),“OPCServer”一欄要有連接圖標(biāo),此項(xiàng)說(shuō)明連接激活,如圖3-16所示。圖3-16PCStation運(yùn)行狀態(tài)023.2博途3.2.1TIA博途簡(jiǎn)介

TIA博途是全集成自動(dòng)化軟件TIAPortal的簡(jiǎn)稱,是西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的一款全新的全集成自動(dòng)化軟件。它是業(yè)內(nèi)首個(gè)采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件,幾乎適用于所有自動(dòng)化任務(wù)。借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺(tái),用戶能夠快速、直觀地開(kāi)發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。023.2博途3.2.2博途的簡(jiǎn)單操作雙擊快捷圖標(biāo)打開(kāi)博途界面,首先顯示的是博途的初始界面,用戶也可以根據(jù)需要選擇頁(yè)面左下角的“項(xiàng)目視圖”進(jìn)入項(xiàng)目視圖界面。如圖3-17所示。圖3-17博途初始界面023.2博途在博途的初始界面上,可以打開(kāi)現(xiàn)有的項(xiàng)目也可以創(chuàng)建新項(xiàng)目,雙擊“創(chuàng)建新項(xiàng)目”進(jìn)入“創(chuàng)建新項(xiàng)目”界面?！皠?chuàng)建新項(xiàng)目”的基本信息主要包括項(xiàng)目名稱、路徑、版本、作者及注釋,如圖3-18所示。圖3-18“創(chuàng)建新項(xiàng)目”的基本信息023.2博途單擊“創(chuàng)建”按鈕,打開(kāi)“項(xiàng)目設(shè)計(jì)向?qū)А苯缑?如圖3-19所示。雙擊“組態(tài)設(shè)備”按鈕,進(jìn)入項(xiàng)目設(shè)計(jì)的第一步,添加新設(shè)備,如圖3-20所示。圖3-19“項(xiàng)目設(shè)計(jì)向?qū)А苯缑鎴D3-20添加新設(shè)備023.2博途雙擊“添加新設(shè)備”按鈕,進(jìn)入“添加新設(shè)備”界面,這里有四類設(shè)備可以選擇,分別為控制器、HMI、PC系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)。以控制器為例,選擇“控制器”,在界面中間位置顯示控制器的類型,用戶需要選擇與所需設(shè)備完全一致的設(shè)備名稱、訂貨號(hào)以及版本,否則程序不能正確的添加至設(shè)備中?！疤砑有略O(shè)備”界面如圖3-21所示。圖3-21“添加新設(shè)備”界面023.2博途補(bǔ)充:設(shè)備的類型在設(shè)備的側(cè)面可以找到,如圖標(biāo)單擊“確定”按鈕,進(jìn)入視圖界面,單擊硬件的網(wǎng)卡接口部分,如圖3-22所示。圖3-22選定網(wǎng)卡接口界面023.2博途單擊“模塊”目錄樹(shù)中的“設(shè)備組態(tài)”選項(xiàng),進(jìn)入PLC的IP地址以及子網(wǎng)掩碼設(shè)置界面,如圖3-23所示。圖3-23PLC的IP地址與子網(wǎng)掩碼設(shè)置界面023.2博途依據(jù)功能需求,用戶還可以設(shè)置變量、編寫(xiě)程序,并將其燒錄到設(shè)備中,在燒錄前一般情況下會(huì)選擇設(shè)備的主目錄文件夾,含義是將設(shè)備的所有設(shè)置一次性燒錄完成,后期如果對(duì)設(shè)備的某些功能進(jìn)行了修改,用戶可以就修改部分選擇單獨(dú)燒錄即可。設(shè)備功能下載界面,如圖3-24所示。圖3-24設(shè)備功能下載界面023.2博途單擊“下載”按鈕,打開(kāi)“擴(kuò)展下載到設(shè)備”界面,用戶需要選擇PG/PC接口類型以及接口,進(jìn)行搜索連接設(shè)備,如圖3-25所示。圖3-25擴(kuò)展下載到設(shè)備界面023.2博途單擊“開(kāi)始搜索”按鈕,待搜索結(jié)束后,在“選擇目標(biāo)設(shè)備”表格中出現(xiàn)了連接設(shè)備,如圖3-26所示。圖3-26選擇目標(biāo)設(shè)備下載界面023.2博途單擊“下載”按鈕,進(jìn)入“下載到設(shè)備前編譯”界面,如圖3-27所示。圖3-27“下載到設(shè)備前編譯”界面023.2博途組態(tài)編譯進(jìn)行到軟件同步后,單擊“在不同步的情況下繼續(xù)”按鈕,進(jìn)行軟件同步,如圖3-28所示。圖3-28“裝載到設(shè)備前的軟件同步”界面023.2博途進(jìn)入“下載預(yù)覽”界面,該界面“狀態(tài)”列中圖標(biāo)表示警告,圖標(biāo)表示正確,還有一種符號(hào)就是叉,如果出現(xiàn)叉就必須尋找錯(cuò)誤原因并進(jìn)行修改,然后才能繼續(xù)裝載,否則可以忽略,這里可以在“停止模塊”行對(duì)“無(wú)動(dòng)作”進(jìn)行修改,修改為“全部停止”,然后單擊“裝載”按鈕,如圖3-29所示。圖3-29“下載預(yù)覽”界面023.2博途單擊“裝載”按鈕后,顯示下載過(guò)程,如圖3-30所示。圖3-30下載過(guò)程023.2博途等待一段時(shí)間,裝載完成后,單擊“完成”按鈕,如圖3-31所示。圖3-31設(shè)備配置裝載完成界面023.2博途3.2.3PROFINET組態(tài)

PROFINET由PROFIBUS國(guó)際組織(PROFIBUSInternational,PI)推出,是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案,兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、同步實(shí)時(shí)通信三種通信方式,而且可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(如PROFIBUS)技術(shù)。PROFINET協(xié)議棧如圖3-32所示。圖3-32PROFINET模型023.2博途

PROFINET技術(shù)包括PROFINETIO和PROFINETCBA兩部分,它們基于不同的通信模型。PROFINETIO用來(lái)完成工業(yè)自動(dòng)化中分布式系統(tǒng)的控制,主要包括IO控制器、IO設(shè)備和IO監(jiān)視器三種設(shè)備。PROFINETCBA(ComponentBased

Automation)是基于組件的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,它適用于設(shè)備/系統(tǒng)之間的通信。如果說(shuō)PROFINETIO是控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的IO數(shù)據(jù)交換,那么PROFINETCBA則提供了多個(gè)IO系統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)接口,可以組成更大的系統(tǒng)。023.2博途在工業(yè)自動(dòng)化控制中,不同控制對(duì)象的實(shí)時(shí)性要求不同。比如某些過(guò)程參數(shù)的設(shè)置、設(shè)備的診斷等一般實(shí)時(shí)性要求較低,但是對(duì)于控制器與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器的數(shù)據(jù)交換就要滿足一定的實(shí)時(shí)性要求;而對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制,其實(shí)時(shí)性要求就更高?；诓煌刂茖?duì)象的實(shí)時(shí)性要求的不同,PROFINET分成三種不同的通信等級(jí):

(1)基于TCP/UDP和IP技術(shù)的非實(shí)時(shí)性通信,可以用于組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、診斷等小于100ms的非實(shí)時(shí)性要求的場(chǎng)合。

(2)實(shí)時(shí)通信(RealTimeCommunication,RTC),適合周期性數(shù)據(jù)交換的場(chǎng)合。比如PROFINETIO控制器和IO設(shè)備之間,不僅要完成數(shù)據(jù)的周期性交換,還必須保證一定的實(shí)時(shí)性。這里的實(shí)時(shí)性,一般要求循環(huán)周期小于10ms;PROFINET的實(shí)時(shí)通信采用的是基于虛擬局域網(wǎng)(VLAN)的技術(shù),通過(guò)優(yōu)先級(jí)保證通信的實(shí)時(shí)性,不需要特殊的硬件支持。023.2博途

(3)等時(shí)同步通信(IsochronousRealTimeCommunication,IRTC)。對(duì)于時(shí)間要求嚴(yán)格同步的通信,比如運(yùn)動(dòng)控制,實(shí)時(shí)通信(RT)的10ms數(shù)據(jù)交換周期不能滿足要求,這種情況下要采用等時(shí)同步通信。該通信模式下,數(shù)據(jù)的循環(huán)刷新時(shí)間小于1ms,循環(huán)掃描周期的抖動(dòng)時(shí)間不大于1μs(微秒);等時(shí)同步通信需要特殊的ASIC芯片支持。具有實(shí)時(shí)通信(RT)功能的PROFINETIO是集成I/O系統(tǒng)的最優(yōu)解決方案。該解決方案也可使用設(shè)備中的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)以及市場(chǎng)上可購(gòu)買(mǎi)到的工業(yè)交換機(jī)作為基礎(chǔ)架構(gòu)部件。不需要特殊的硬件支持。如果希望使用ROFINETIRT功能,必須采用可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61158支持PROFINET標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī),如SCALANCEX-200IRT系列交換機(jī)。

PROFINET主要用于實(shí)現(xiàn)高確定性的實(shí)時(shí)通信,與以太網(wǎng)相比存在一些不同,具體如下:023.2博途實(shí)時(shí)性不同01成本不同03可靠性不同05使用協(xié)議不同02擴(kuò)展性能不同04023.2博途項(xiàng)目的實(shí)施步驟如下:第1步,在上位機(jī)中利用控制面板打開(kāi)“網(wǎng)絡(luò)和Internet”界面,選擇“網(wǎng)絡(luò)和共享中心”中的“查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和任務(wù)”選項(xiàng),如圖3-34所示。圖3-34打開(kāi)“網(wǎng)絡(luò)和Internet”界面023.2博途第2步,打開(kāi)“查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和任務(wù)”的界面后,選擇“更改適配器設(shè)置”選項(xiàng),如圖3-35所示。圖3-35查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)界面023.2博途第3步,打開(kāi)“更改適配器設(shè)置”后,選擇“以太網(wǎng)2”,右擊,彈出窗口如圖3-36所示。圖3-36查看屬性界面023.2博途第4步,選擇“屬性”選項(xiàng),打開(kāi)屬性界面,選擇“Internet協(xié)議版本4(TCP/IPv4)”選項(xiàng),單擊“屬性”按鈕,如圖3-37所示。第5步,單擊“屬性”按鈕,打開(kāi)“Internet協(xié)議版本4(TCP/IPv4)屬性”設(shè)置窗口,配置上位機(jī)的IP地址(00)與子網(wǎng)掩碼(),如圖3-38所示。圖3-37屬性界面023.2博途圖3-38上位機(jī)的IP地址和子網(wǎng)掩碼配置023.2博途第6步,利用工業(yè)以太網(wǎng)線纜將上位機(jī)與SCALANCEXB208交換機(jī)連接,利用PST工具為其配置IP地址(2)和子網(wǎng)掩碼(),并單擊工具欄中“”按鈕,完成設(shè)置的下載,如圖3-39所示。圖3-39XB208交換機(jī)的基本配置023.2博途第7步,利用工業(yè)以太網(wǎng)線纜將上位機(jī)與S71200連接,打開(kāi)博途軟件新建項(xiàng)目,在項(xiàng)目中通過(guò)“添加新設(shè)備”功能添加S71200。添加成功后,在設(shè)備視圖中選中S71200,在界面中單擊“屬性”頁(yè)簽,選擇“常規(guī)”目錄樹(shù)中的“項(xiàng)目信息”選項(xiàng),在右側(cè)的“項(xiàng)目信息”頁(yè)簽中修改名稱為“IO-Controller”,如圖3-40所示。第8步,設(shè)置IO控制器的子網(wǎng)、IP地址和子網(wǎng)掩碼。單擊“PROFINET接口[X1]”目錄樹(shù)下的“以太網(wǎng)地址”選項(xiàng),在右側(cè)的頁(yè)簽中設(shè)置子網(wǎng)(單擊“添加新子網(wǎng)”)、IP地址(1)和子網(wǎng)掩碼(),如圖3-41所示。023.2博途圖3-40修改IO控制器的名稱圖3-41配置IO控制器的子網(wǎng)、IP地址和子網(wǎng)掩碼023.2博途第9步,選擇“PROFINET接口[X1]”目錄樹(shù)下的“操作模式”選項(xiàng),在右側(cè)頁(yè)簽中使用全部默認(rèn)配置,即將該P(yáng)LC作為IO控制器,如圖3-42所示。圖3-42IO控制器操作模式配置023.2博途第10步,為IO控制器添加“數(shù)據(jù)類型”為“Byte”的兩個(gè)變量用于測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸,變量名稱分別為“Tag_1”和“Tag_2”,地址分別為“%QB2”和“%IB2”,如圖3-43所示。圖3-43為IO控制器增加變量類型為Byte的變量023.2博途第11步,在“IO-Controller”目錄樹(shù)下單擊“監(jiān)控與強(qiáng)制表”,在顯示的目錄樹(shù)中雙擊“添加新監(jiān)控表”選項(xiàng),新建一個(gè)監(jiān)控表,名稱為“監(jiān)控表_1”。在右側(cè)界面中的“名稱”列下分別選擇“Tag_1”和“Tag_2”變量,將顯示格式分別設(shè)置為二進(jìn)制和字符,如圖3-44所示。圖3-44IO控制器的監(jiān)控表中添加監(jiān)控變量023.2博途第12步,在項(xiàng)目中通過(guò)“添加新設(shè)備”添加S71200,添加成功后,在設(shè)備視圖中選中“S71200”,單擊“屬性”頁(yè)簽,選擇“常規(guī)”選項(xiàng),單擊“項(xiàng)目信息”在右側(cè)頁(yè)面中修改名稱為“IO-Device”。第13步,在“常規(guī)”頁(yè)簽中,選擇“PROFINET接口[X1]”目錄樹(shù)下的“以太網(wǎng)地址”選項(xiàng),在右側(cè)頁(yè)簽中設(shè)置子網(wǎng)、IP地址()和子網(wǎng)掩碼(),如圖3-45所示。圖3-45設(shè)置IO設(shè)備的子網(wǎng)、IP地址和子網(wǎng)掩碼023.2博途第14步,在“PROFINET接口[X1]”目錄樹(shù)下選擇“操作模式”選項(xiàng),在右側(cè)頁(yè)簽中勾選“IO控制器”復(fù)選框;在“已分配的IO控制器”下拉列表中選擇“IO-Controller.PROFINET接口_1”,如圖3-46所示。圖3-46IO設(shè)備配置界面023.2博途第15步,為IO設(shè)備添加數(shù)據(jù)類型為“Byte”的兩個(gè)變量,變量名稱分別為“Tag_3”和“Tag_4”,地址分別為“%IB2”和“%QB3”,如圖3-47所示。圖3-47為IO設(shè)備添加變量類型為Byte的變量023.2博途第16步,為IO設(shè)備添加監(jiān)控表。在新建的“監(jiān)控表_1”中,在“名稱”列下分別選擇“Tag_3”和“Tag_4”變量,將顯示格式分別設(shè)置為“二進(jìn)制”和“字符”,效果同上,如圖3-48所示。圖3-48在IO設(shè)備監(jiān)控表中添加監(jiān)控變量023.2博途第17步,在“PROFINET接口[X1]”目錄樹(shù)中選擇“操作模式”中的“智能設(shè)備通信”選項(xiàng),在右側(cè)頁(yè)簽中雙擊“新增”選項(xiàng),添加傳輸區(qū),增加了兩個(gè)傳輸區(qū),如圖3-49所示。圖3-49傳輸區(qū)設(shè)置023.2博途說(shuō)明:第一個(gè)傳輸區(qū)將“IO控制器中的地址”為“Q2”的變量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)健爸悄茉O(shè)備中的地址”為“I2”的變量中,第二個(gè)傳輸區(qū)將“IO控制器中的地址”為“Q3”的變量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)健爸悄茉O(shè)備中的地址”為“I3”的變量中。第18步,分別選擇IO控制器和IO設(shè)備,單擊工具欄上“”工具,將配置下載到設(shè)備中,如圖3-50所示。023.2博途圖3-50配置下載023.2博途第19步,利用工業(yè)以太網(wǎng)線纜,搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),將作為IO控制器的S71200與SCALANCEXB208的P2端口連接,將作為智能IO設(shè)備的S71200與SCALANCEXB208的P4端口連接,將上位機(jī)與SCALANCEXB208的P6端口連接。第20步,通信測(cè)試。

(1)在IO控制器的“監(jiān)控表_1”和IO設(shè)備的“監(jiān)控表_1”中,分別單擊“全部監(jiān)視”按鈕圖標(biāo)。

(2)在IO控制器的“監(jiān)控表_1”中,在“Tag_1”行的修改值處右擊,選擇修改為1,監(jiān)視值將變?yōu)榕c修改值一樣,如圖3-51所示。圖3-51修改IO控制器中地址為%QB2的值023.2博途

(3)切換到IO設(shè)備的“監(jiān)控表_1”,可以看到IO設(shè)備的%IB2地址已經(jīng)收到來(lái)自IO控制器發(fā)送的數(shù)據(jù),如圖3-52所示。圖3-52修改IO設(shè)備中地址為%QB3的值023.2博途

(4)在IO設(shè)備的“監(jiān)控表_1”中,在“Tag_4”行的修改值處將修改值設(shè)置為'K',右擊,在彈出菜單中選擇“修改”→“立即修改”選項(xiàng),監(jiān)視值將變?yōu)榕c修改值一樣,如圖3-53所示。圖3-53修改IO設(shè)備中地址值的配置023.2博途

(5)修改IO設(shè)備中地址為%QB2的值,切換到IO控制器的“監(jiān)控表_1”,可以看到IO控制器的%IB2地址已經(jīng)收到來(lái)自IO設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù),如圖3-54所示。圖3-54IO控制器監(jiān)視值同步023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件3.3.1PST

PrimarySetupTool(簡(jiǎn)稱PST)用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)掃描和設(shè)置SIMATICNET工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的地址。PST可為SIMATICNET網(wǎng)絡(luò)組件、以太網(wǎng)CP以及網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接過(guò)程分配地址(例如IP地址)。前提條件是,此臺(tái)SIMATICNET網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有一個(gè)預(yù)設(shè)定的以太網(wǎng)(MAC)地址,并且在網(wǎng)絡(luò)中處于在線可訪問(wèn)狀態(tài)。使用PST軟件,給交換機(jī)設(shè)置IP地址以后就可以使用IE瀏覽器訪問(wèn)交換機(jī)內(nèi)部的WEB管理頁(yè)面,對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置與管理,一般可以設(shè)置IP、FTP/TFTP、BOOTP、DHCP、SMTP、SYSLOG等,其中FTP功能可以省去使用電腦作為FTP服務(wù)器功能,減少硬件成本,同時(shí)軟件操作更加方便。023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件安裝程序是一個(gè)自解壓縮的ZIP格式文件。具體安裝過(guò)程如下:在PST_V4.2文件夾中雙擊“Setup”,彈出如圖3-55所示界面。圖3-55PST安裝初始界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件進(jìn)入安裝初始界面,提示是否繼續(xù)在該計(jì)算機(jī)上安裝PST,如果用戶想繼續(xù)安裝,則單擊“Next”按鈕,顯示界面如圖3-56所示。彈出PST軟件的Readme文檔閱讀提醒,用戶可以根據(jù)需要做出選擇,如果想閱讀Readme文件,則單擊“Iwanttoreadthenotes”選項(xiàng),如果用戶不想閱讀,可以直接單擊“Next”按鈕,顯示界面如圖3-57所示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單信息的配置,此時(shí)用戶可以重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī),顯示界面如圖3-58所示。023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件圖3-56PST文檔閱讀提醒023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件圖3-57提示重啟計(jì)算機(jī)圖3-58語(yǔ)言選擇023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件這里選擇English(UnitedStates),單擊“OK”按鈕,顯示界面如圖3-59所示。圖3-59系統(tǒng)安裝配置過(guò)程023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件該過(guò)程需要等待幾分鐘,配置完成后,直接彈出PST許可協(xié)議界面,用戶需要選中“Iaccepttheconditionsofthislicenseagreement”復(fù)選框,然后單擊“Next”按鈕,如圖3-60所示。圖3-60安裝許可提示023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件用戶在該界面可以修改PST安裝路徑,根據(jù)需要,如果用戶想修改安裝路徑,可以單擊“Browse”按鈕,如圖3-61所示。圖3-61PST安裝路徑的選擇023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件修改安裝路徑,修改完成后,單擊“OK”按鈕,如圖3-62所示。圖3-62安裝路徑修改界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件用戶單擊“OK”按鈕以后,進(jìn)入界面如圖3-63所示。圖3-63PST安裝進(jìn)程界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件五個(gè)文件按照順序安裝,直到都安裝完成,顯示界面如圖3-64所示。圖3-64安裝過(guò)程界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件文件配置完成以后,顯示界面如圖3-65所示。圖3-65安裝成功界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件若要在安裝完成后,就使用PST軟件,需要選中“Yes,restartthecomputernow”單選按鈕,然后單擊“Finish”按鈕。在桌面上雙擊圖標(biāo),彈出語(yǔ)言選擇界面如圖3-66所示。圖3-66語(yǔ)言選擇界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件選中“english”單選按鈕,單擊“Apply”按鈕,彈出PST軟件界面,如圖3-67所示。圖3-67PST軟件界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件3.3.2PNI網(wǎng)絡(luò)初始化調(diào)試工具(PrimaryNetworkInitialization,PNI)是西門(mén)子在2020年發(fā)布的一款網(wǎng)絡(luò)初始化工具,PNI作為PST的升級(jí)替代軟件,在實(shí)現(xiàn)PST全部功能的基礎(chǔ)上,根據(jù)工程實(shí)際需求增加了部分功能。PNI軟件不但具備設(shè)備IP地址掃描,還具備設(shè)備LED燈控制、設(shè)備憑證配置、Scalance和Ruggedcom網(wǎng)絡(luò)組件及控制器CPU初始化功能,并可通過(guò)IP地址訪問(wèn)第三方設(shè)備。

PNI操作界面如圖3-68所示,PNI軟件界面具有如下10個(gè)主要區(qū)域:023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件圖3-68PNI操作界面023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件①軟件名稱。②軟件導(dǎo)航界面。③快速訪問(wèn)菜單和按鈕。④消息提醒。⑤用戶菜單。⑥在線幫助。⑦顯示在線設(shè)備列表。⑧按指定內(nèi)容升序/降序排列。⑨設(shè)備過(guò)濾輸入框。⑩系統(tǒng)狀態(tài)信息顯示欄。PNI軟件具有如下功能:①獲取設(shè)備列表。a.獲取設(shè)備名稱。b.獲取設(shè)備IP地址、子網(wǎng)掩碼和路由。023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件②初始化操作。a.恢復(fù)PROFINET參數(shù)為默認(rèn)配置(對(duì)支持PROFINET的設(shè)備)。b.恢復(fù)設(shè)備出廠值。③固件升級(jí)。④設(shè)備可用性檢查。a.PING所選設(shè)備。b.控制所選設(shè)備LED燈閃爍。⑤程序文件讀寫(xiě)。a.設(shè)備文件下載。b.設(shè)備文件上載。⑥WEB訪問(wèn)。a.通過(guò)WEB訪問(wèn)第三方設(shè)備。b.通過(guò)WEB配置第三方設(shè)備參數(shù)。023.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)初始化軟件⑦設(shè)備參數(shù)配置。a.配置設(shè)備的IP地址、子網(wǎng)掩碼和路由。b.配置設(shè)備名稱。c.配置PROFINET設(shè)備名稱。⑧設(shè)置設(shè)備訪問(wèn)證書(shū)。10謝謝觀看工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用第四章工業(yè)交換機(jī)的配置與管理014.1工業(yè)交換機(jī)概述工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)專門(mén)為滿足靈活多變的工業(yè)應(yīng)用需求而設(shè)計(jì),提供一種高性價(jià)比工業(yè)以太網(wǎng)通信解決方案,而其組網(wǎng)方式更是重點(diǎn)關(guān)注環(huán)路設(shè)計(jì)。環(huán)路有單環(huán)和多環(huán)的區(qū)別,同時(shí)亦有在STP和RSTP基礎(chǔ)上,各個(gè)廠家設(shè)計(jì)的私有環(huán)路協(xié)議,如RingOn、RingOpen開(kāi)環(huán)、FRP環(huán)、Turbo環(huán)等。工業(yè)交換機(jī)的管理與維護(hù)一般可以通過(guò)RS-232串行口(或并行口)、Web和網(wǎng)絡(luò)管理軟件管理三種方式進(jìn)行。1.串行口管理2.Web管理3.網(wǎng)絡(luò)管理軟件管理024.1工業(yè)交換機(jī)概述4.1.1工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備以太網(wǎng)電纜是從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳遞信息的介質(zhì),是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)件。以太網(wǎng)有線傳輸介質(zhì)主要包括雙絞線(也就是平時(shí)說(shuō)的網(wǎng)線)、光纖和同軸電纜。在這三者中,同軸電纜由于價(jià)格比較高、性能一般而逐漸被市場(chǎng)所淘汰;光纖的性能非常優(yōu)良,但價(jià)格過(guò)高且安裝起來(lái)也比較困難,一般只應(yīng)用在各項(xiàng)指標(biāo)都要求較高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,家庭網(wǎng)絡(luò)很少有此應(yīng)用;雙絞線由其低廉的價(jià)格,簡(jiǎn)單的安裝方法,良好且穩(wěn)定的性能在有線網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用。

024.1工業(yè)交換機(jī)概述雙絞線電纜一般分為8類:1類線主要用于語(yǔ)音傳輸;2類線由于傳輸頻率只有1MHz,主要用于舊的令牌網(wǎng);3類線主要用于10BASE-T的網(wǎng)絡(luò);4類線主要用于令牌網(wǎng)和10BASE-T/100BASE-T網(wǎng)絡(luò);5類線的傳輸率為100MHz,用于100BASE-T和10BASE-T網(wǎng)絡(luò),它是最常用的以太網(wǎng)電纜;超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)(1000Mbit/s);6類線的傳輸頻率為1~250MHz,適用于傳輸速率高于1Gbit/s的網(wǎng)絡(luò);7類線是最新的一種非屏蔽雙絞線,傳輸頻率可達(dá)500MHz,傳輸速率為10Gbit/s。雙絞線還分為非屏蔽和屏蔽兩種。日常辦公中應(yīng)用最多的為5類非屏蔽雙絞線,由于屏蔽雙絞線增加了屏蔽層,因此比普通的非屏蔽雙絞線更具有可靠性和穩(wěn)定性。光纖光纜是新一代的傳輸介質(zhì),與銅質(zhì)介質(zhì)相比,光纖無(wú)論是在安全性、可靠性還是網(wǎng)絡(luò)性能方面都有了很大的提高。除此之外,光纖傳輸?shù)膸挻蟠蟪鲢~質(zhì)線纜,而且其支持的最大連接距離超過(guò)兩公里,它是組建較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。光纖光纜具有抗電磁干擾性好、保密性強(qiáng)、速度快、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn),但是它的價(jià)格也較為昂貴,因此在家用場(chǎng)合很少使用。由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中具有電磁干擾、腐蝕等特點(diǎn),有時(shí)需要長(zhǎng)距離傳輸,因此在工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)中,通常使用的物理傳輸介質(zhì)是屏蔽雙絞線(TwistedPair,TP)、工業(yè)屏蔽雙絞線(IndustrialTwistedPair,ITP)以及光纖。工業(yè)以太網(wǎng)使用8芯和4芯雙絞線,電纜連接方式也有兩種:正線(標(biāo)準(zhǔn)568B)和反線(標(biāo)準(zhǔn)568A),其中正線也稱為直通線,反線也稱為交叉線。024.1工業(yè)交換機(jī)概述工業(yè)交換機(jī)一般分為兩種類型:非管理型交換機(jī)(UnmanagedSwitch)1管理型交換機(jī)(ManagedSwitch)2024.1工業(yè)交換機(jī)概述4.1.2簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)配置項(xiàng)目要求:某企業(yè)通過(guò)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的通信。項(xiàng)目設(shè)備需求:交換機(jī)(SCALANCEXM408)一臺(tái);PLC(S71200)一臺(tái);上位機(jī)(安裝有PST軟件)一臺(tái);工業(yè)以太網(wǎng)線纜兩根。項(xiàng)目的目的:了解網(wǎng)絡(luò)配置的目的;掌握使用PST(PrimarySetupTool)工具為交換機(jī)和PLC分配IP地址;掌握通過(guò)WEB界面配置交換機(jī)的方法(以SCALANCEXM408-8CL3為例)。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)功能:采用所給設(shè)備,依據(jù)給定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),搭建簡(jiǎn)單的工業(yè)局域網(wǎng),主要功能實(shí)現(xiàn)———利用PST軟件通過(guò)Web界面配置交換機(jī),實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的通信。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-1所示。024.1工業(yè)交換機(jī)概述圖4-1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)024.1工業(yè)交換機(jī)概述首先按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建網(wǎng)絡(luò):用工業(yè)以太網(wǎng)線纜將上位機(jī)與SCALANCEXM408的P1端口相連,將SCALANCEXM408的P2端口與S71200的以太網(wǎng)接口相連,用戶也可以根據(jù)個(gè)人習(xí)慣使用SCALANCEXM408的其他端口與上位機(jī)、S71200相連。為了讓上位機(jī)能夠訪問(wèn)交換機(jī),需要把上位機(jī)的IP地址設(shè)為和交換機(jī)同一個(gè)網(wǎng)段,具體操作如下。第1步,利用控制面板打開(kāi)“網(wǎng)絡(luò)和Internet”界面,選擇“網(wǎng)絡(luò)和共享中心”中的“查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和任務(wù)”選項(xiàng),如圖4-2所示。圖4-2打開(kāi)“網(wǎng)絡(luò)和Internet”界面024.1工業(yè)交換機(jī)概述第2步,打開(kāi)“查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和任務(wù)”的界面以后,選擇“更改適配器設(shè)置”選項(xiàng),如圖4-3所示。圖4-3“網(wǎng)絡(luò)和共享中心”界面024.1工業(yè)交換機(jī)概述第3步,打開(kāi)“更改適配器設(shè)置”以后,選擇“以太網(wǎng)2”選項(xiàng),右擊,彈出窗口如圖4-4所示。圖4-4查看“屬性”界面024.1工業(yè)交換機(jī)概述第4步,選擇“屬性”選項(xiàng),打開(kāi)“以太網(wǎng)2屬性”界面,如圖4-5所示。圖4-5“以太網(wǎng)2屬性”界面024.1工業(yè)交換機(jī)概述第5步,在打開(kāi)的“以太網(wǎng)2屬性”界面中選擇“Internet協(xié)議版本4(TCP/IPv4)”選項(xiàng),單擊“屬性”按鈕,彈出界面如圖4-6所示。圖4-6“Internet協(xié)議版本4(TCP/IPv4)屬性”界面024.1工業(yè)交換機(jī)概述設(shè)置正確的IP地址(20)和子網(wǎng)掩碼()后,單擊“確定”按鈕,返回圖4-5所示界面,單擊“確定”按鈕,完成上位機(jī)的IP設(shè)置。第6步,接通網(wǎng)絡(luò)電源并打開(kāi)PST軟件,單擊菜單項(xiàng)“Network”下的子菜單“Browse”,PST軟件開(kāi)始搜索設(shè)備,找到設(shè)備后如圖4-7所示。圖4-7搜索設(shè)備界面024.1工業(yè)交換機(jī)概述第7步,單擊“SCALANCEX-400”前的圖標(biāo),展開(kāi)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。選中“Ind.Ethernetinterface”選項(xiàng),在右側(cè)界面中設(shè)置交換機(jī)的IP地址為1(IP地址的設(shè)置只需要和上位機(jī)在一個(gè)網(wǎng)段即可),子網(wǎng)掩碼設(shè)置為。同時(shí)可以設(shè)置設(shè)備的名稱,單擊“AssignName”按鈕即可完成。設(shè)備的名稱還可以通過(guò)“SCALANCEX-400”樹(shù)狀結(jié)構(gòu)下