項目3：工業(yè)網(wǎng)絡設備組態(tài)

項目3：工業(yè)網(wǎng)絡設備組態(tài)CONTENTS3.1通信設備 3.2常見的工業(yè)網(wǎng)絡設備 3.3工業(yè)交換機網(wǎng)絡組態(tài)

【學習目標】1.了解通信相關慨念。2.了解常見的工業(yè)網(wǎng)絡設備。3.能運用西門子SCALANCE交換機進行其虛擬局域網(wǎng)的組態(tài)。【情景故事】電池生產(chǎn)企業(yè)即將進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)升級改造項目，要求工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳送到主監(jiān)控室，并且辦公網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡分開，現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備已無法適應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求。因現(xiàn)場控制器多為西門子品牌，則工業(yè)通信設備也首選同品牌的工業(yè)交換機，隨著項目的開展，各類工業(yè)通信設備硬件相應安裝到位?！卷椖棵枋觥繛榱藰?gòu)建企業(yè)智控網(wǎng)絡，實現(xiàn)半自動化制造向全自動化制造的轉(zhuǎn)變，其項目改造承建商需采購一批工業(yè)通信設備。要求選擇合適的工業(yè)交換機，完成西門子SCALANCEX414-3E交換機網(wǎng)絡組態(tài)。

3.1通信設備任務目標：了解通信定義及有線、無線通信的優(yōu)缺點。任務準備：調(diào)查你所生活的環(huán)境中，有哪些通信設備。知識鏈接：通信（Communication），指人類間或人類同外部世界間，依托其行為或介質(zhì)進行的信息交流和傳遞。自電波通信出現(xiàn)后，通信通常指信息的傳遞，意思是指兩地間的信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。通信技術(shù)（Communicationstechnology，簡稱CT），是指通信過程中的信息傳輸和信號處理所涉及的各方面技術(shù)的集合。現(xiàn)代通信，通常指電信（Telecommunication），它是把文字、圖像、語音和數(shù)據(jù)等不同形式的信息，通過電磁系統(tǒng)或者光電系統(tǒng)進行傳送、發(fā)射、接收的通信方式。如；無線電、電話、互聯(lián)網(wǎng)絡等。通信設備（IndustrialCommunicationDevice，ICD），是指對設置在一定地域上用以傳送電波信息的通信器材的統(tǒng)稱，可以分為有線通信設備和無線通信設備。

（1）有線通信設備。有線通信，是指利用架空線纜、同軸線纜、光纖、音頻線纜等傳輸介質(zhì)傳輸信息方式。通常有線方式進行通信的設備，如：有線電視、有線電話、有線傳真等。有線通信設備通過線纜傳遞信息，不易受到干擾。傳輸速度快，帶寬容量大，保密性、穩(wěn)定性好。不足之處是成本偏高，受制于通信工程的施工難度，且不可移動。（2）無線通信設備。無線通訊是利用電磁波信號傳輸信息的方式。他不依賴于物理連接線纜現(xiàn)在的手機、對講機都屬于無線通訊設備，另外還有衛(wèi)星、無線局域網(wǎng)絡、無線電臺也屬于無線通信設施。無線通信不依托于線纜，在環(huán)境上受到的限制少，其設施投入成本相對較少，但無線通信也有電磁干擾的問題存在，影響傳輸信息的速度?，F(xiàn)今隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，無線通信速度越來越快，也越來越穩(wěn)定，可以確定的是，無線通信一定會是未來的發(fā)展趨勢。

3.2常見的工業(yè)網(wǎng)絡設備任務目標：1.了解工業(yè)網(wǎng)關、工業(yè)交換機、工業(yè)智能設備。2.了解西門子的工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品：SCALANCEX。任務準備：調(diào)查主流工業(yè)通信設備品牌,研讀西門子工業(yè)以太網(wǎng)交換機說明書，如:SCALANCEX-400路由指導手冊。知識鏈接：工業(yè)通信與辦公環(huán)境下通信有著根本上的不同。在辦公環(huán)境下因多個用戶同時連接服務器導致的延遲，在自動控制時是不可接受的，對應用在工業(yè)控制上的通信設備也有著更嚴苛需求。在工業(yè)現(xiàn)場，有有線通信設備，也有無線通信設備?？偩€通信、串口通信、工業(yè)以太網(wǎng)通信設備以及通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設備，通常為有線通信設備。如：交換機、路由器、中繼器、網(wǎng)橋等。而無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡、無線AP等為無線通信設備。

【學習目標】1.了解通信相關慨念。2.了解常見的工業(yè)網(wǎng)絡設備。3.能運用西門子SCALANCE交換機進行其虛擬局域網(wǎng)的組態(tài)。【情景故事】電池生產(chǎn)企業(yè)即將進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)升級改造項目，要求工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳送到主監(jiān)控室，并且辦公網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡分開，現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備已無法適應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求。因現(xiàn)場控制器多為西門子品牌，則工業(yè)通信設備也首選同品牌的工業(yè)交換機，隨著項目的開展，各類工業(yè)通信設備硬件相應安裝到位。

工業(yè)智能網(wǎng)關也稱為通信采集網(wǎng)關、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關、無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)背景下，工業(yè)智能網(wǎng)關成為了具備工業(yè)設備數(shù)據(jù)挖掘并上傳云平臺的智能嵌入式網(wǎng)絡設備。工業(yè)智能網(wǎng)關可以進行邊緣計算、數(shù)據(jù)采集、協(xié)議解析，通過各類有線和無線通信方式接入工業(yè)云平臺。

工業(yè)智能網(wǎng)關也能支持傳感器、儀器儀表、采集類PLC以及各種控制器，它可以用作規(guī)模偏大的分布式設備的接入節(jié)點。

工業(yè)智能網(wǎng)關，可使用戶快速接入高速互聯(lián)網(wǎng)進行安全可靠的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。它應用范圍大，少布線，少運維成本，安裝方便，即插即用。

工業(yè)智能網(wǎng)關廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場PLC、變頻器、機器人等設備遠程操作、監(jiān)控、維護；遠程管理維護工程機械、車間設備與工藝系統(tǒng)；遠程監(jiān)測并控制小區(qū)二次供水；監(jiān)測、控制油氣田、油井現(xiàn)場；監(jiān)控電能系統(tǒng)數(shù)據(jù)、工廠機器設備和生產(chǎn)線運行狀態(tài)系統(tǒng)；無線監(jiān)測與預警生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)；智能樓宇、電梯監(jiān)控、智能交通、工業(yè)自動化、智慧工廠及其他工業(yè)4.0領域等應用。

2.工業(yè)交換機交換機（Switch）意為“開關”，是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡節(jié)點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是工業(yè)交換機，也稱作工業(yè)以太網(wǎng)交換機，即應用于工業(yè)控制領域的以太網(wǎng)交換機設備。工業(yè)交換機采用的網(wǎng)絡標準開放性好、應用廣泛以及價格低廉、使用的是透明而統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議。工業(yè)交換機具有電信級性能特征，可耐受嚴苛的工作環(huán)境。產(chǎn)品系列豐富，端口配置靈活，可滿足各種工業(yè)領域的使用需求。工業(yè)交換機能支持私有的和標準的環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，防護等級高于IP30。工業(yè)型交換機在整體規(guī)劃上及其在電子器件的采用上，其抗壓強度和可接受性都能滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的要求。

工業(yè)交換機比普通交換機的功能更強，端口配置和產(chǎn)品系列更加豐富和靈活，能夠滿足各種工業(yè)領域的需求。工業(yè)以太網(wǎng)交換機是一種有源網(wǎng)絡組件，支持不同的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)：總線型、星型、環(huán)形的光學或電氣網(wǎng)絡。這些有源網(wǎng)絡可以把數(shù)據(jù)傳輸?shù)教囟ǖ哪繕说刂?。SCALANCEX系列有不同的模塊化產(chǎn)品線，它們在PROFINET的應用上也能能適用，并能與其自動控制任務相協(xié)同。SCALANCEX系列產(chǎn)品是西門子的新一代的SIMATICNET工業(yè)以太網(wǎng)交換機。

SCALANCEX005入門級交換機：非網(wǎng)管型，帶有5個端口和診斷功能，可用在小型的機器島。SCALANCEX-100非網(wǎng)管型交換機：帶有電氣端口和光纖端口，冗余饋電裝置和信號觸點可用于設備層的應用。SCALANCEX-200網(wǎng)管型交換機：用于設備層到全廠網(wǎng)絡化的應用。通過STEP7工具，組態(tài)和遠程診斷功能都可以集成在SIMATIC，提高了工廠可用性的水平。具有很高防護等級的設備無須安裝在控制柜中，對于有加強型實時要求和最大化有效性要求的工廠網(wǎng)絡可利用對應的等時同步交換機（SCALANCEX-200IRT)。SCALANCEX-300增強網(wǎng)管型：主要應用領域為高性能工廠網(wǎng)絡與企業(yè)網(wǎng)絡相連接的銜接部分。SCALANCEX-300增強網(wǎng)管型產(chǎn)品系列結(jié)合了SCALANCEX-400系列（不包含第3層路由功能）的硬件功能和SCALANCEX-200產(chǎn)品系列的緊湊結(jié)構(gòu)。因此和SCALANCEX-200交換機相比，SCALANCEX-300交換機既具有更好的管理功能，又具有更好的硬件功能。模塊化SCALANCEX-400交換機：通常在高性能需求的工廠網(wǎng)絡中應用，如具傳輸速度高且有冗余的工廠網(wǎng)?；谀K化結(jié)構(gòu)，交換機可針對相應的任務進行精確地調(diào)整。由于支持IT標準（例如VLAN，IGMP，RSTP），可以將自動化網(wǎng)絡天衣無縫地集成在現(xiàn)有辦公網(wǎng)絡之中。利用Layer3的路由功能在不同IP的子網(wǎng)之間通信。

SCALANCEX工業(yè)以太網(wǎng)交換機優(yōu)勢：（1）采用新式、牢固、節(jié)約空間的外殼設計?？刹捎?5mm標準DIN導軌、S7-300DIN導軌或直接墻壁安裝，更容易集成到SIMATIC解決方案中。（2）采用套筒式的設計，運用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)連接插頭FastConnectRJ45180插頭，可以更好的消除應力和扭力。（3）高速冗余特性。對于SCALANCEX-200、SCALANCEX-300或SCALANCEX-400，可在0.3秒內(nèi)，迅速組態(tài)環(huán)網(wǎng)，數(shù)量多達50臺交換機。（4）用于SCALANCEX-300和SCALANCEX-400的環(huán)網(wǎng)后備耦合。工業(yè)交換機在煤礦安全、軌道交通、工廠自動化、水處理系統(tǒng)、城市安防等領域應用廣泛，尤其是電力、交通、冶金被稱為工業(yè)交換機應用的三大潛力行業(yè)。

3.工業(yè)智能設備為滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理、傳輸、運用的高效化需求，工業(yè)通信設備及現(xiàn)場控制設備，要求有更智能的表現(xiàn)，現(xiàn)場設備智能化成為其發(fā)展方向。在工業(yè)現(xiàn)場，智能傳感設備、智能檢測設備、智能物流與倉儲設備、工業(yè)機器人等都屬于工業(yè)智能設備。具體來說有；智能工業(yè)條碼掃描器、智能視覺識別相機、智能網(wǎng)關、智能AGV小車、智能車間管理系統(tǒng)等。a.條碼掃描器b.視覺識別相機c.智能AGV小車d.智能車間管理系統(tǒng)

智能傳感設備，可將零散的數(shù)據(jù)合并成可指導行動的信息流，能夠在任何地方實時監(jiān)控和優(yōu)化資產(chǎn)。智能安全設備，可將工廠基層的安全數(shù)據(jù)合并為可指導行動的信息流，能夠在任何地方實時監(jiān)控和優(yōu)化資產(chǎn)，從而保護人員、設備和過程，同時為互聯(lián)企業(yè)提供原始數(shù)據(jù)。智能電機控制，高效的電機能夠優(yōu)化運營績效，而電機故障則可能造成重大影響。智能電機控制設備，可以通過集成式的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法提高生產(chǎn)效率并幫助避免電機故障。智能監(jiān)控產(chǎn)品，可保持工廠基層高效運行。通過檢測潛在的設備故障，以及監(jiān)控能耗情況，可以擴展自動化控制系統(tǒng)的設備保護功能。如：智能相機，視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

工業(yè)平臺級智能硬件，可以協(xié)助中小型制造企業(yè)實現(xiàn)設備上云、數(shù)據(jù)采集、裝備智能化等一系列需求。通過適配多種設備接入?yún)f(xié)議，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設備運行及環(huán)境數(shù)據(jù)的無縫采集，并結(jié)合硬件邊緣計算能力及云端大數(shù)據(jù)計算能力，為企業(yè)的設備運行狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)效率優(yōu)化及設備預測性維護等提供能力支撐。智能工業(yè)條碼掃描器，有高靈敏度的識別能力，支持自動掃描和命令控制等工作模式。能大大提升工廠的生產(chǎn)效率，同時給工廠減少一部分人力成本。目前，工業(yè)智能化已深入工業(yè)現(xiàn)場，但即使是自動化程度較高的制造業(yè)，它的設備也不可能保證100%的完好率。在有些環(huán)節(jié)也需要通過人工干預，也會出現(xiàn)損壞復雜精密的零部件使生產(chǎn)中斷的情況，不同品牌智能設備的數(shù)據(jù)平臺不兼容性的問題等。對于未來智慧工廠，需要其工業(yè)智能設備能夠進行閉環(huán)檢測，通過深度學習、處理錯誤進行自我進化，實現(xiàn)相同第二次問題自動正確處理；需要高兼容平臺的設備，能對接MES系統(tǒng)，能用一臺服務器去操控多條產(chǎn)線，并能通過監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整產(chǎn)能的分配以及物料的輸送；能監(jiān)測設備核心部件，保證人工能及時處理異常情況；能預警、防呆，及時反饋故障現(xiàn)像，有短路保護；具備無人化管理能力；能解析人類語言，實現(xiàn)語音控制等。

3.3工業(yè)交換機網(wǎng)絡組態(tài)任務目標：根據(jù)企業(yè)需求，進行西門子SCALANCE交換機的VLAN組態(tài)配置。任務準備：硬件與軟件需求。硬件與軟件列表名稱數(shù)量訂貨號SCALANCEXM408-8C交換機16GK5408-8GR00-2AM2SCALANCEXB208交換機16GK5208-0BA00-2AB2DINRail安裝導軌26ES7390-1AE80-0AA0IEFCRJ45Plug180快速連接RJ45接頭66GK1901-1BB10-2AB0FCStandardCable快速連接標準電纜56XV1840-2AH10Windows10專業(yè)版1

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知識鏈接：1.VLAN概述虛擬局域網(wǎng)（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN），是一種通過對局域網(wǎng)內(nèi)的設備，在邏輯上而非物理上的劃分，成為多個網(wǎng)段，從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興技術(shù)。工業(yè)現(xiàn)場，有幾臺PLC或工控機構(gòu)成的小型網(wǎng)絡，也有多臺計算機、工控機、服務器和PLC構(gòu)成的企業(yè)網(wǎng)絡。因為VLAN技術(shù)不是對網(wǎng)絡物理的劃分而是邏輯上的，不需要把VLAN內(nèi)的工作站放置在同一個物理空間，其中的設備不一定會在同一個物理局域網(wǎng)網(wǎng)段。網(wǎng)絡管理者劃分的不同的虛擬VLAN（即廣播域），都能包含一組有著相同需求的工藝段、計算機或工作站，在物理上形成屬性相同的LAN。兩臺計算機，雖然有相同的網(wǎng)段，但VLAN號不同，其各自的廣播流也不會相互轉(zhuǎn)發(fā)。VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量，只會在同VLAN設備中轉(zhuǎn)發(fā)。因此，VLAN技術(shù)可以對流量進行控制、使網(wǎng)絡管理簡化、提升網(wǎng)絡安全性和減少設備耗費。如果要實現(xiàn)不同的VLAN之間的通訊，可以通過路由器或三層交換機完成。

VLAN可以使交換機在局域網(wǎng)互聯(lián)時對廣播進行限制，通過在以太網(wǎng)幀的基礎上添加VLANTag，可以用VLANID對用戶進行更小的劃分，成為更小的工作組，并對不同組的用戶二層訪問進行限制，這小的工作組就成為一個虛擬局域網(wǎng)，并能實現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)管理。各大品牌交換機，通常都用交換機端口來劃分VLAN成員，這樣設定的端口都會在同一個廣播域中。這種根據(jù)端口來劃分VLAN的配置方式簡潔明了，是最常用的一種方式。2.虛擬局域網(wǎng)VLAN的優(yōu)點（1）減小廣播域。（2）加強了網(wǎng)絡安全性。不同VLAN報文相互分隔，保證廣播信息的安全性。（3）虛擬工作組組建靈活。通過改變配置可以方便的變更網(wǎng)絡。3.靜態(tài)VLAN

在工業(yè)通信中，需要通過手動配置端口到VLAN，使相應端口與指定的VLAN相映射，配置完成后不會自動改變。

任務實施：網(wǎng)絡組態(tài)由1臺SCALANCEXM408-8C交換機SwitchA和1臺SCALANCEXB208交換機SwitchB組成，且通過各自的P1.1、P1.2相連（Trunk)。PG/PC1與PG/PC2分別連接到SwitchA的P1.3和P1.4。PG/PC3和PG/PC4分別連接到SwitchB的P1.3和P1.4。其中PG/PC1和PG/PC3屬于VLAN10，而PG/PC2和PG/PC4屬于VLAN20。1.網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)SwitchA（192.168.0.1）與SwitchB（192.168.0.2）通信。

2.SCALANCEX400VLAN的組態(tài)步驟(1)使用PST為SCALANCEX400配置IP地址。使用PST軟件為SwitchA配置IP地址。步驟1：單擊Start→SiemensAutomation→PrimarySetupTool或雙擊桌面軟件圖標，啟動PST軟件。

步驟2：在Settings中選取SetPG/PCInterface...選項，如圖3-6所示。選擇通信PG/PC口為TCPIP.Auto選取SetPG/PCInterface.

選擇通信PG/PC口

步驟3：單擊放大鏡圖標搜索網(wǎng)絡

步驟4：在列出的設備列表中，根據(jù)SwitchA的MAC地址找到對應的設備圖3-9選擇設備

步驟5：選中第一行設備，設置其IP地址為192.168.0.1，然后在工具欄上的下載圖標進行單擊。當出現(xiàn)下圖的提示時，選擇Yes，完成配置IP地址。

圖3-11下載

步驟6：使用同樣的方式給SwitchB設置IP地址為192.168.0.2。圖3-12設置