3西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)注專(zhuān)心西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工作單位：淄博職業(yè)學(xué)院主講：教師姓名工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息交換技術(shù)覆蓋了各行各業(yè)。在自動(dòng)化領(lǐng)域，越來(lái)越多的企業(yè)需要建立包含從工廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制層、管理層等各個(gè)層次的綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)管控平臺(tái)，建立以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息化系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對(duì)制造業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實(shí)效性，最大限度地滿(mǎn)足了用戶(hù)和生產(chǎn)廠商的需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的第成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性及高智能的魅力，吸引著越來(lái)越多的制造業(yè)廠商。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介A.

A以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)的思想淵源最早可以追溯到1968年。以太網(wǎng)的核心思想是使用共享的公共傳輸信道，這個(gè)思想源于夏威夷大學(xué)。在局域網(wǎng)家族中，以太網(wǎng)是指遵循IEEE

802.3標(biāo)準(zhǔn)，可以在光纜和雙絞線上傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)也是當(dāng)前主要應(yīng)用的一種局域網(wǎng)（LAN——Local

Area

Network，局域網(wǎng)）類(lèi)型。目前的以太網(wǎng)按照傳輸速率大致分為以下四種：10Base-T以太網(wǎng)——傳輸介質(zhì)是銅軸電纜，傳輸速率為10Mbit/s；快速以太網(wǎng)——傳輸速率為100Mbit/s，采用光纜或雙絞線作為傳輸介質(zhì)，兼容10Base-T以太網(wǎng)；Gigabit以太網(wǎng)——擴(kuò)展的以太網(wǎng)協(xié)議，傳輸速率為1Gbit/s,采用光纜或雙絞線作為傳輸介質(zhì)，基于當(dāng)前的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，兼容10Mbit/s以太網(wǎng)和100Mbit/s以太網(wǎng)的交換機(jī)和路由器設(shè)備；10

Gigabit以太網(wǎng)——2002年6月發(fā)布，是一種速度更快的以太網(wǎng)技術(shù)。支持智能以太網(wǎng)服務(wù)，是未來(lái)廣域網(wǎng)（WAN——Wide

Area

Network）和城域網(wǎng)（MAN——Metropolitan

Area

Network）的寬帶解決方案。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是普通以太網(wǎng)技術(shù)在控制網(wǎng)絡(luò)延伸的產(chǎn)物，前者源于后者但不同與

前者。以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，特別是它在Internet中廣泛應(yīng)用，使得它的技術(shù)更為成熟，并得到了廣大開(kāi)發(fā)商與用戶(hù)的認(rèn)同。因此無(wú)論從技術(shù)上還是產(chǎn)品價(jià)格上，以太網(wǎng)較之其他類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。另為，隨著技術(shù)的發(fā)展，控制網(wǎng)

絡(luò)與普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Internet的聯(lián)系更為密切?？刂凭W(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要考慮與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的一致性，需要提高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信能力的要求，這些都是控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的

開(kāi)發(fā)者與制造商把目光轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)技術(shù)的重要原因。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介B.工業(yè)以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的比較工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)辦公室網(wǎng)絡(luò)相比，有一些不同之處，如表10-1所示。辦公室網(wǎng)絡(luò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)合普通辦公場(chǎng)合工業(yè)場(chǎng)合、工況惡劣，抗干擾性要求較高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持線形、環(huán)形、星形等結(jié)構(gòu)支持線形、環(huán)形、星形等結(jié)構(gòu)，并便于各種結(jié)構(gòu)的組合和轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單的安裝，最大的靈活性和模塊性，高擴(kuò)展能力可用性一般的實(shí)用性需求，允許網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間以秒或分鐘計(jì)極高的實(shí)用性需求，允許網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間＜300ms以避免生產(chǎn)停頓網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控必須有專(zhuān)人員使用專(zhuān)用工具完成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控成為工廠監(jiān)控的一部分，網(wǎng)絡(luò)模塊可以被HMI軟件如Win

CC監(jiān)控，故障模塊容易更換一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造必須充分考慮并滿(mǎn)足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的要求包括：工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在，要求工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品具有氣候環(huán)境適應(yīng)性，并要求耐腐蝕、防塵和防水。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在，需要采取防爆措施保證安全生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)、電磁干擾大，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須具有機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（如耐振動(dòng)、耐沖擊）、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性（EMC——Electro

Magnetic

Compatibility）等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件的供電，通常是采用柜內(nèi)低壓直流電源標(biāo)準(zhǔn)，大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內(nèi)所需電源為低壓24V直流。采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，安裝方便，適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件要能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)，并容易更換。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中的關(guān)鍵問(wèn)題通信實(shí)時(shí)性問(wèn)題以太網(wǎng)采用的CSMA/CD的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式，其本質(zhì)上是非實(shí)時(shí)的。平等競(jìng)爭(zhēng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式不能滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)νㄐ诺膶?shí)時(shí)性要求。因此以太網(wǎng)一直被認(rèn)為不適合在底層工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中使用。需要有針對(duì)這一問(wèn)題的切實(shí)的解決方案。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與可靠性的問(wèn)題以太網(wǎng)是按辦公環(huán)境設(shè)計(jì)的，將它用于工業(yè)控制環(huán)境，其環(huán)境適應(yīng)能力、抗干擾能力等是許多從事自動(dòng)化的專(zhuān)業(yè)人士所特別關(guān)心的。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)要特別注重材質(zhì)、元器件的選擇。使產(chǎn)品在強(qiáng)度、溫度、濕度、振動(dòng)、干擾、輻射等環(huán)境參數(shù)方面滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求。還要考慮到在工業(yè)環(huán)境下的安裝要求，例如采用DIN導(dǎo)軌式安裝等。像RJ45一類(lèi)的連接器，在工業(yè)上應(yīng)用太易損壞，應(yīng)該采用帶鎖緊機(jī)構(gòu)的連接件，使設(shè)備具有更好抗振動(dòng)、抗疲勞能力。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1.工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中的關(guān)鍵問(wèn)題c.總線供電在控制網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的位置分散性使得它們對(duì)總線有提供工作電源的要求?，F(xiàn)有的許多控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都可以利用網(wǎng)線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。工業(yè)以太網(wǎng)目前沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電做出規(guī)定。一種可能的方案是利用現(xiàn)有的5類(lèi)雙絞線中另一對(duì)空閑線對(duì)供電。一般在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下，要

求采用直流10~36V低壓供電。d.本質(zhì)安全工業(yè)以太網(wǎng)如果要用在一些易燃易爆的危險(xiǎn)工業(yè)場(chǎng)所，就必須考慮本安防爆問(wèn)題。這是在總線供電解決之后要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。在工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)中，直接采用以太網(wǎng)作為控制網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)只是工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)方面，現(xiàn)有的許多現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)都提出了與以太網(wǎng)結(jié)合，用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的高速網(wǎng)段，使控制網(wǎng)絡(luò)與Internet融為一體的解決方案。在控制網(wǎng)絡(luò)中采用以太網(wǎng)技術(shù)無(wú)疑有助于控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，使控制網(wǎng)絡(luò)無(wú)需經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換即可直接連至互聯(lián)網(wǎng)，使測(cè)控節(jié)點(diǎn)有條件成為互聯(lián)網(wǎng)上的一員。在控制器、PLC、測(cè)量變送器、執(zhí)行器、I/O卡等設(shè)備中嵌入以太網(wǎng)通訊接口，嵌入TCP/IP協(xié)議嵌入Web

Server便可形成支持以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議和Web服務(wù)器的Internet現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)。在應(yīng)用層協(xié)議尚未統(tǒng)一的環(huán)境下，借助IE等通用的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視與控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，也是人們提出且正在實(shí)現(xiàn)的一個(gè)有效的解決方案。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理2.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)及通訊介質(zhì)西門(mén)子公司在工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)先的解決方案。其中SIMATIC

NET工業(yè)以太

網(wǎng)基于經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的技術(shù)，符合IEEE

802.3標(biāo)準(zhǔn)并提供10Mbit/s以及100Mbit/s快速以太網(wǎng)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，SIMATIC

NET工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用已多于400000個(gè)節(jié)點(diǎn)，偏布世界各地，用于嚴(yán)酷

的工業(yè)環(huán)境，并包括有高強(qiáng)度電磁干擾的地區(qū)。A.基本類(lèi)型10Mbit/s工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用基帶傳輸技術(shù)，基于IEEE

802.3，利用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)方法的單元級(jí)、控制級(jí)傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳輸速率為10Mbit/s，傳輸介質(zhì)為同軸電纜、屏蔽雙絞線或光纖。100Mbit/s快速以太網(wǎng)基于以太網(wǎng)技術(shù)，傳輸速率為100Mbit/s，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理2.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)及通訊介質(zhì)B.網(wǎng)絡(luò)硬件a.傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸介質(zhì)主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接距離、數(shù)據(jù)安全以及傳輸速率來(lái)選擇。通常在西門(mén)子網(wǎng)絡(luò)中使用的傳輸介質(zhì)包括：2芯電纜，無(wú)雙絞，無(wú)屏蔽（例如：AS-interface

bus）2芯雙絞線，無(wú)屏蔽2芯屏蔽雙絞線（例如：PROFIBUS）同軸電纜（例如：Industrial

Etherenet）光纖（例如：PROFIBUS/Industrial

Etherenet）無(wú)線通信（例如：紅外線和無(wú)線電通信）在西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)中，通常使用的物理傳輸介質(zhì)時(shí)屏蔽雙絞線（TP——Twisted

pair）、工業(yè)屏蔽雙絞線（ITP——Industrial

Twistedpair）以及光纖。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理2.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)及通訊介質(zhì)b.網(wǎng)絡(luò)部件工業(yè)以太網(wǎng)鏈路模塊OLM、ELM:依照IEEE

802.3標(biāo)準(zhǔn)，利用電纜和光纖技術(shù)，SIMATIC

NET連接模塊使得工業(yè)以太網(wǎng)的連接變得更為方便和靈活。OLM（光鏈路模塊）有3個(gè)ITP接口和兩個(gè)BFOC接口。ITP接口可以連接3個(gè)終端設(shè)備或網(wǎng)段，BFOC接口可以連接兩個(gè)光路設(shè)備（如OLM等），速度為10Mbit/s。如圖10-1所示。ELM（電氣鏈路模塊）有３個(gè)ITP接口和1個(gè)AUI接口。通過(guò)AUI接口，可以將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接至LAN上，速度為10Mbit/s。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理2.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)及通訊介質(zhì)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)OSM、ESM:OSM的產(chǎn)品包括：OSM

TP62、OSM

TP22、OSM

ITP62、OSM

ITP62-LD和OSM

BC08。從型號(hào)就可以確定OSM的連接端口類(lèi)型及數(shù)量，如：OSM

ITP62-LD，

其中ITP表示OSM上有ITP電纜接口，“6”代表電氣接口數(shù)量，“2”代表光纖接口數(shù)量，LD代表長(zhǎng)距離，如圖10-2所示。ESM的產(chǎn)品包括：ESMTP40、ESMTP80和ESMITP80，命名規(guī)則和OSM相同。圖10-3所示為ESM

TP80。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理2.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)及通訊介質(zhì)c.通信處理器常用的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器（CP——Communicaton

Processer，通信處理單元），包括用在S7PLC站上的處理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。CP243-1是為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器，通過(guò)CP243-1模塊，用戶(hù)可以很方便地將S7-200系列PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并且支持使用STEP7-Micro/WIN

32軟件，通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)S7-200進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)、編程和診斷。同時(shí)，S7-200也可以同S7-300、S7-400系列PLC進(jìn)行以太網(wǎng)的連接。如圖10-4所示。S7-300系列PLC的以太網(wǎng)通信處理器是CP343-1系列，按照所支持協(xié)議的不同，可以分為CP343-1、CP343-1

ISO、CP343-1

TCP、CP343-1

IT和CP343-1

PN，如圖10-5所示。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理2.西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)及通訊介質(zhì)S7-400

PLC的以太網(wǎng)通信處理器是CP443-1系列，按照所支持協(xié)議的不同，可以分為CP443-1、CP443-1

ISO、CP443-1

TCP和CP443-1

IT，如圖10-6所示。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理3.工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理1）OSM設(shè)置西門(mén)子公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)OSM/SCALANCE

X具有可以設(shè)置的IP地址，備用端口號(hào)和開(kāi)通

SNMP服務(wù)功能等。設(shè)置IP地址的方法有以下三種：串口最原始狀態(tài)(不需要網(wǎng)絡(luò)而且可以設(shè)置所有參數(shù))。缺點(diǎn)是：由于串口不能組成網(wǎng)絡(luò)，每設(shè)置一個(gè)

OSM均要重新連接電纜。具體方法是：運(yùn)行超級(jí)終端(這一部分在osmesm_nm_e.pdf的備注部分也有詳細(xì)說(shuō)明)，需要提示的是，設(shè)置串口的屬性如下圖左所示；設(shè)置好屬性后即可進(jìn)入如下右側(cè)畫(huà)面。顯示信息中包含了若干目錄，直接輸入目錄名即可進(jìn)入對(duì)應(yīng)目錄。鍵入“help”可得到幫助信息，根據(jù)幫助信息可對(duì)交換機(jī)進(jìn)行所有設(shè)置。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理3.工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理pst軟件用該軟件設(shè)置IP地址的前提條件是網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)構(gòu)成，并且能訪問(wèn)到各OSM，即可修改IP地址。在使用該軟件前，需要先安裝DCL協(xié)議。需要提醒的是如果計(jì)算機(jī)上有兩個(gè)網(wǎng)卡，這時(shí)需要先選擇聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)卡。由于PST是基于MAC地址的，所以直接在工廠初始化的狀態(tài)下即可掃描網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)置IP地址，為了保證交換機(jī)的正常運(yùn)行，修改完IP地址后最好，重啟交換機(jī)。關(guān)于這部分的具體做法可參見(jiàn)osmesm_nm_e.pdf的備注部分。使用該軟件進(jìn)行IP配置和串口相比，它只能修改IP地址及掩碼地址而不能像超級(jí)終端那樣修改OSM的部分或全

部參數(shù)。一、西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)管理3.工業(yè)以太網(wǎng)的通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)