項目3：工業(yè)網絡設備組態(tài)

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

【學習目標】1.了解通信相關慨念。2.了解常見的工業(yè)網絡設備。3.能運用西門子SCALANCE交換機進行其虛擬局域網的組態(tài)?！厩榫肮适隆侩姵厣a企業(yè)即將進行工業(yè)互聯(lián)網升級改造項目，要求工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳送到主監(jiān)控室，并且辦公網絡與控制網絡分開，現(xiàn)有的網絡設備已無法適應工業(yè)互聯(lián)網的需求。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?！卷椖棵枋觥繛榱藰嫿ㄆ髽I(yè)智控網絡，實現(xiàn)半自動化制造向全自動化制造的轉變，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（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的集合?，F(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)網絡設備任務目標：1.了解工業(yè)網關、工業(yè)交換機、工業(yè)智能設備。2.了解西門子的工業(yè)以太網交換機產品：SCALANCEX。任務準備：調查主流工業(yè)通信設備品牌,研讀西門子工業(yè)以太網交換機說明書，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)以太網通信設備以及通信協(xié)議轉換設備，通常為有線通信設備。如：交換機、路由器、中繼器、網橋等。而無線網橋、無線網卡、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)網絡設備。3.能運用西門子SCALANCE交換機進行其虛擬局域網的組態(tài)。【情景故事】電池生產企業(yè)即將進行工業(yè)互聯(lián)網升級改造項目，要求工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳送到主監(jiān)控室，并且辦公網絡與控制網絡分開，現(xiàn)有的網絡設備已無法適應工業(yè)互聯(lián)網的需求。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)智能網關也稱為通信采集網關、工業(yè)物聯(lián)網智能網關、無線數(shù)據(jù)采集網關。在工業(yè)互聯(lián)網背景下，工業(yè)智能網關成為了具備工業(yè)設備數(shù)據(jù)挖掘并上傳云平臺的智能嵌入式網絡設備。工業(yè)智能網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)智能網關，可使用戶快速接入高速互聯(lián)網進行安全可靠的網絡數(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線運行狀態(tài)系統(tǒng)；無線監(jiān)測與預警生產信息采集系統(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）信號轉發(fā)的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節(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)以太網交換機，即應用于工業(yè)控制領域的以太網交換機設備。工業(yè)交換機采用的網絡標準開放性好、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)以太網交換機是一種有源網絡組件，支持不同的網絡拓撲結構：總線型、星型、環(huán)形的光學或電氣網絡。這些有源網絡可以把數(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系列產品是西門子的新一代的SIMATICNET工業(yè)以太網交換機。

SCALANCEX005入門級交換機：非網管型，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網管型交換機：用于設備層到全廠網絡化的應用。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絡可利用對應的等時同步交換機（SCALANCEX-200IRT)。SCALANCEX-300增強網管型：主要應用領域為高性能工廠網絡與企業(yè)網絡相連接的銜接部分。SCALANCEX-300增強網管型產品系列結合了SCALANCEX-400系列（不包含第3層路由功能）的硬件功能和SCALANCEX-200產品系列的緊湊結構。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絡中應用，如具傳輸速度高且有冗余的工廠網。基于模塊化結構，交換機可針對相應的任務進行精確地調整。由于支持IT標準（例如VLAN，IGMP，RSTP），可以將自動化網絡天衣無縫地集成在現(xiàn)有辦公網絡之中。利用Layer3的路由功能在不同IP的子網之間通信。

SCALANCEX工業(yè)以太網交換機優(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，迅速組態(tài)環(huán)網，數(shù)量多達50臺交換機。（4）用于SCALANCEX-300和SCALANCEX-400的環(huán)網后備耦合。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。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，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)驅動方法提高生產效率并幫助避免電機故障。智能監(jiān)控產品，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協(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線，并能通過監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調整產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

PrimarySetupTool_v4p21

知識鏈接：1.VLAN概述虛擬局域網（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN），是一種通過對局域網內的設備，在邏輯上而非物理上的劃分，成為多個網段，從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興技術。工業(yè)現(xiàn)場，有幾臺PLC或工控機構成的小型網絡，也有多臺計算機、工控機、服務器和PLC構成的企業(yè)網絡。因為VLAN技術不是對網絡物理的劃分而是邏輯上的，不需要把VLAN內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網段。網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，雖然有相同的網段，但VLAN號不同，其各自的廣播流也不會相互轉發(fā)。VLAN內部的廣播和單播流量，只會在同VLAN設備中轉發(fā)。因此，VLAN技術可以對流量進行控制、使網絡管理簡化、提升網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互聯(lián)時對廣播進行限制，通過在以太網幀的基礎上添加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，并能實現(xiàn)網絡的動態(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VLAN的優(yōu)點（1）減小廣播域。（2）加強了網絡安全性。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.網絡拓撲結構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