西门子伺服电机选择手册，SINAMICS S120是一种集V/F、矢量控制和伺服控制于一体的新型驱动控制系统。普通异步电动机不能控制转矩，也不能控制三相异步电动机。 S120系列驱动与伺服电机选型手册第1部分：典型结构的多轴驱动控制单元电机模块与通用直流母线电源模块。带起动机（或scout）和SIMATIC manager软件或s7-300400的书本式柜式PC典型配置图，SIMOTION O/D/P 24 V DL说明：1：主控制模块cu320 2：电源模块SIM 或ALM+24 V电源3：单轴电机模块4：两轴电机模块234电源线终端模块驱动Cliq编码器反馈信号线选项板电抗器功率滤波器传感器模块无编码器电机运动控制，带drivc Cliq接口西门子（中国）自动化传动集团有限公司生产机械SINAMICS S120系列，选自《S120驱动与伺服电机选型手册》第1章多轴传动概述。Sinamics120是一种集V/F、矢量控制和伺服控制于一体的新型驱动控制系统。它不仅可以控制普通的三相异步电动机，还可以控制步进电动机、转矩电动机和直线电动机。其强大的定位功能将实现进给轴的绝对和相对定位。2007年6月发布的DCC（drive control chart）功能将实现逻辑、计算和简单处理功能。SINAMICS S120产品包括：用于普通直流母线的DCAC逆变器和用于单轴的ACAC逆变器。具有公共直流母
线的DC/AC逆变器也称为多轴驱动。它的结构是电源模块和机器模块分开。电源模块将三个交流电整流成540V或600DC，并将电机模块（一个或多个）连接到直流母线。特别适用于多轴控制，特别适用于造纸、包装、纺织、印刷、钢铁等行业。优点是电机轴间能量共享，接线方便简单●单轴控制交流变频器，俗称单轴交流传动，其结构是功率模块和电机模块的组合，特别适合单轴速度和定位控制。本书第一部分包括第1至4章，主要介绍多轴交流传动。第二部分包括第五章至第八章，主要介绍单轴交流传动。第三部分包括第九章，主要介绍电机电缆和信号电缆。第四部分包括第10章，介绍了同步和异步伺服电机的指令数据。第五部分，包括第11章，简要介绍了运动控制系统的指令数据。这本书中的技术资料基本上是英文的。详情请参阅英文原文。西门子（中国）有限公司自动化与传动集团运动控制部生产的机械系列S120系列，源自《S120驱动与伺服电机选型手册》第二章。功率模块是我们通常所说的整流器或整流器/反馈单元。它将三相交流电整流成直流电，并为每个抑制模块（通常称为逆变器）供电。具有反馈功能的模块还可以向电网提供直流电。根据是否有反馈功能和反馈方式，将功率模块分为以下三类：基本线路模块：整流单元，但无反馈功能。智
工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；
工业以太网的研究现状及展望1 陈积明 王智 孙优贤 (浙江大学工业控制研究所,杭州 310027) 摘要简单介绍了以太网的发展现状并针对以太网在工业应用中的不足综合了现阶段国内外的研究 提出了一些解决方案同时分析了工业以太网的发展前景 关键词QoS 交换式以太网 VLAN 虚拟冲突 环冗余 OPC 1 前言 在现代工业控制中由于被控对象测控装置等物理设备的地域分散性以及控制与监控等任务对实时性的要求工业控制内在地需要一种分布实时控制系统来实现控制任务[1] 在分布式实时控制系统中不同的计算设备之间的任务交互是通过通信网络以信息传递的方式实现的为了满足任务的实时要求要求任务之间的信息传递必须在一定的通信延迟时间内从信息传送到信息接收之间的全部通信延迟称作端对端的通信延迟它主要包括产生延迟排队延迟传输延迟和发送延迟四方面的因素其中排队延迟由通信网络的 MAC层决定工业通信网络的采用不仅为实现过程分布控制提供了现实可行的条件而且对系统的实时性提出了强烈的要求为了满足工业控制中对时间限制的要求通常采用具有确定的有限排队延迟的专用实时通信网络典型的实时通信网络就是现场总线它是应用在生产现场在微机化测量控制设备间实现双向串行多节点的数字通讯系统又称为开放式数字化多点通讯的低层控制网络被誉为自动化领域的计算机局域网[2]它把各个分散的测量控制设备转换为网络节点以现场总线为纽带连接成为可以互相通信沟通信息共同完成自控任务的网络化控制系统 由于现场总线适应了工业控制系统向分散化网络化和智能化发展的方向并且促使目前的自动化仪表DCS和可编程控制器(PLC)等产品面所临体系结构和功能结构的重大变革导致工业自动化产品的又一次更新换代现行的现场总线有FF PROFIBUS WorldFIP P-NET CAN和LONWORK等[3] 尽管现场总线获得了巨大的成功然而现场总线这类专用实时通信网络具有成本高速度低和支持的应用有限等缺陷如何利用COTS Commercial off-the shelf技术来满足工业控制需要是目前迫切需要解决的问题[4]其中如何把Ethernet应用到工业已经成为工业控制和实时通信研究的热点 Ethernet作为一种成功的网络技术进入市场已经将近二十年了在办公自动化和工业界获得了广泛的应用因为Ethernet具有成本低稳定和可靠等诸多优点Ethernet已经成为最受欢迎的通信网络之一然而由于Ethernet 的MAC层协议是CSMA/CD各个节点采用1坚持BEB Binary Exponential Back-off算法处理冲突具有排队延迟不确定的缺陷无法保证确定的排队延迟使之无法在工业控制中得到有效的使用随着IT技术的发展Ethernet的发展也取得了本质性的飞跃先后产生高速Ethernet和千兆Ethernet 产品和国际标准以及即将出现的十千兆Ethernet产品和国际标准针对Ethernet的排队延迟不确定性Ethernet又增加了双工通信技术交换技术信息优先级等来提高提高实时性同时Ethernet又改进了容错技术Ethernet的新变化已经引起工业通信系统供应商和用户的高度重视他们迫切需要知道Ethernet是否满足工业控制的要求采用 Ethernet能够带来哪些好处和需要解决哪些问题现在在美国成立了工业自动化通信网络联盟Industrial Automation Network Alliance, IANOA其主要目的在于建立Ethernet 为工业控制中的通讯标准[5]在欧洲成立了IANOA的联盟其主要目的推广Ethernet在工 1基金项目国家自然科学基金资助项目编号6008401
第一章概述 1.1 自动化控制系统的发展 1.2 全集成自动化 1.3 SIMATIC NET工业通信网络 第二章MPI通信 2.1 MPI概述 2.2 MPI网络 2.3 设置MPI 2.3.1 设备MPI参数 2.3.2 PC侧的MPI通信卡的类型 2.3.3 利用电话网程编程 2.4 PLC-PLC之间通过MPI通信 2.4.1 全局数据包通信方式只适用于S7300/400之间通信2.4.2 无组态连接通信方式 双边编程通讯方式：适用于S7300/400之间通信单边编程通讯方式：适用于S7300/400之间通信2.4.3 组态连接通信方式 2.5 S7PLC与HMI产品之间的MPI通信 2.5.1 PLC与TP/OP通信 2.5.2 S7PLC与监控软件WinCC的MPI通信 2.5.3 WinCC和PLC之间的远程通信 第三章PROFIBUS通信 3.1 PROFIBUS介绍 3.1.1 PROFIBUS的协议结构和类型 3.1.2 PROFIBUS总线和总线终端器 3.2 PROFIBUS总线的拓扑结构 3.2.1 PROFIBUS电气接口网络 3.2.2 PROFIBUS光纤接口网络 3.2.3 其他PROFIBUS接口网络 3.3 PROFIBUS总线设置和属性 3.4 PROFIBUS的应用 3.5 PROFIBUS诊断 3.6 PROFIBUS连接从站设备的应用 3.7 FDL通信方式 3.8 FMS通信方式 3.9 PROFIBUS-S7通信 第4章工业以太网通信 4.1以太网简介 4.1.1 以太网的诞生 4.1.2 以太网的发展历史 4.1.3 以太网技术 4.2 工业以太网 4.2.1 与传统以太网的比较 4.2.2 以太网应用于工业自动化中的关键问题及发展方向
工业以太网交换机发展 现状分析及组网方案 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
工业以太网交换机发展现状分析及组网方案 文章来自： 近几年来经济发展带动着计算机技术与自动化控制技术的高速发展两者相结合应用不断提高促进产业信息化和智能化，这就带动了工业控制接口转换器 RS232转换器、RS485转换器、RS485集线器、工业以太网交换机在数据采集、网络通讯的应用带来了工业生产自动化，实现优质、高产、低耗，提高工业企业经济效益的重要技术手段。 目前国内的工业以太网交换机供应渠道主要来源于中国台湾及内地的厂商，国外的产品经过几年的市场拼杀后，由于成本高、价格高、服务难现已大部分退出国内市场。目前，国内的IT业研发、加工技术力量不断提升，各类芯片电子元器件、生产设备在国际市场基本可平等选购。深圳宇泰科技在这些有利条件下，通过强大的研发团队和先进的生产设备，自主研发工业接口转换器、以太网交换机，产品通过多项专利技术及国内外各项质量认证性能指示处于国内外领先不平。工业以太网交换机的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业接口转换器。 工业以太网交换机主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输。以太网在设计时，由于其采用载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），在复杂的工业环境中应用，其可靠性大大降低，从而导致以太网不能使用。工业以太网交换机采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况，使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。
西门子选型手册 16ES7?212-1AB23-0XB0CPU（8I/6O）晶体管输出 26ES7?212-1BB23-0XB0CPU??(8I/6O）?继电器输出 36ES7?212-1AB23-0XB8CPU（8I/6O）晶体管输出?CN 46ES7?212-1BB23-0XB8CPU??(8I/6O）?继电器输出?CN 56ES7?214-1AD23-0XB0CPU（14I/10O）晶体管输出 66ES7?214-1AD23-0XB8CPU（14I/10O）晶体管输出?CN 76ES7?214-1BD23-0XB0CPU（14I/10O）继电器输出 86ES7?214-1BD23-0XB8CPU（14I/10O）继电器输出??CN 96ES7?214-2AD23-0XB0CPU224XP（14DI/10DO，2AI,1AO）?晶体管输出? 106ES7?214-2BD23-0XB0CPU224XP?（14DI/10DO，2AI,1AO）继电器输出116ES7?214-2AD23-0XB8CPU224XP?（14DI/10DO，2AI,1AO）晶体管输出126ES7?214-2BD23-0XB8CPU224XP?（14DI/10DO，2AI,1AO）继电器输出136ES7?216-2AD23-0XB0CPU??(?24I/16O?)?晶体管输出 146ES7?216-2BD23-0XB0CPU（24I/16O）继电器输出 156ES7?216-2AD23-0XB8CPU??(?24I/16O?)?晶体管输出?CN 166ES7?216-2BD23-0XB8CPU（24I/16O）继电器输出?CN 176ES7?221-1BF22-0XA08点24VDC输入 186ES7?221-1BF22-0XA88点24VDC输入?CN 196ES7?221-1BH22-0XA016点24VDC输入 206ES7?221-1BH22-0XA816点24VDC输入?CN 216ES7?222-1HF22-0XA08点继电器输出
工业以太网的构成及重要性能介绍 西门子就逐步地把以太网的概念引入到工业控制领域，到今天，西门子SCALANCE系列工业以太网交换机产品，已经在冶金、烟草、汽车、煤矿、造船、地铁、电力、风电、交通、石化、水处理等多个行业的多个项目中得到了成功的应用，产品线也日臻完善。 工业以太网简介 工业以太网是基于IEEE 802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来的利益 市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：通过简单的连接方式快速装配。 通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。 工业以太网络的构成 一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件： 网络部件 连接部件： FC快速连接插座 ELS(工业以太网电气交换机) ESM(工业以太网电气交换机) SM(工业以太网光纤交换机) MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤 SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。 PG/PC上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能 为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC
以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域内，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和
工业以太网的发展与前景 摘要：随着以太网技术的成熟，交换技术的应用，高速以太网的发展等在工业自动化领域上正迅速增长，几乎所有的现场总线系统最终可以都连接到以太网。 关键词：工业，以太网，发展，瓶颈，前景，DCS , TCP/IP 1.分散型控制系统DCS及其发展 现代意义的工业控制网络体系是出现在上世纪七十年代，即最初的分散型控制系统 DCS(也称集散控制系统)，它有着明显的缺点：首先，结构是多级主从关系，现场设备之间相互通信必须经过主机，使得主机负荷重、效率低，且主机一旦发生故障，整个系统就会崩溃；其次，它还使用大量的模拟信号，很多现场仪表仍然使用传统的4—20mA电流模拟信号，传输可靠性差，不易于数字化处理；第三，各系统设计厂家的DCS制定独立的标准，通讯协议不开放，极大的制约了系统的集成与应用，不利于现代跨国公司的进一步发展。 为了克服DCS系统的技术瓶颈，进一步满足工业现场的需要，现场总线技术应运而生。经过四十年的发展，出现了过多的现场总线标准种类，且各有自己的优势和适用范围，用户如何取舍是比较棘手的问题；其次，控制系统中如果有多种现场总线同时存在，由于总线通信协议的多样性。这样会使控制任务无限复杂化，另外在本质安全、系统可靠性、数据传输速度等方面存在一些技术瓶颈或不符合现代企业对信息的要求。为了解决这些问题而出现了以TCP／IP协议为基础的工业以太网技术。下面对工业以太网技术进行详细介绍。 2. 工业以太网的前世今生 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 3. 以太网与工业以太网 以太网: （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界；（3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；（4）在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术； （5）沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；
1．SIMOTION工业以太网网络介质 西门子工业以太网网络通常使用的物理传输介质为屏蔽双绞线（FC TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。 1.1 屏蔽双绞线（Fast Connection Twist Pair） FC TP快速连接双绞线用于将DTE快速连接到工业以太网上，配合西门子FC TP RJ45接头使用，连接方式如图1所示： 图1：FC TP电缆与TP RJ45接头 将双绞线按照TP RJ45接头标示的颜色插入连接孔中，快捷、方便地将DTE设备连接到工业以太网上。使用FC双绞线从DTE到交换机最长通信距离为100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接头，为了保证数据传输的可靠性，在无干扰情况下最长通信距离为5米。 RJ－45连接有两种连接方式，交叉连接（如图2所示）和直通连接（如图3所示）。交叉连接用于网卡之间的连接或集线器之间的连接；直通线用于网卡与集线器之间或网卡与交换机之间的连接。Siemens交换机由于采用了自适应技术，可以自动检测线序，故通过交换机可以选择任意一种电缆进行连接。 图2 交叉线连接
图3 直通线连接 SIMOTION 带有RJ45接头，建议使用西门子FC TP和FC TP RJ45接头。 1.2 工业屏蔽双绞线（Industrial Twisted Pair） 屏蔽双绞线如图4所示，它有白/蓝和白/橙两对双绞屏蔽线。外部包有屏蔽层和绝缘层，用于连接有ITP 端口的以太网设备。通过ITP电缆连接的两个设备的最远距离为100米。 图4 ITP电缆结构图 连接ITP电缆的连接头有两种，即9 针或15 针的Sub－D 接头，如图所示5、6：
西门子工业网络通信指南 作者: 崔坚 价格: 49 元 书号: ISBN 7-111-15177-1 出版社: 机械工业出版社 出版日期: 2006 年7 月 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 内容简介 本书从网络通信的实际应用出发，以MPI、PROFIBUS 和工业以太网等多种常用的通信协议为脉络，基于西门子工业控制产品和系统，以清晰易懂的理论、丰富详实的通信实例并结合多年实践经验，全面地介绍了西门子工业自动化系统基于各种协议的通信方式及其具体应用。. 本书分为上下两册，分另对MPI 和PROFIBUS 协议的通信方式进行了详细的介绍，第一章为网络通信概述，概述了网络通信的各种形式，第二章，第三章分别以MPI 和PROFIBUS 协议为主，详述了相关网络协议，网络组件及各种通信方式的组态，编程和故障诊断方法，每种方式均配以具体实例加以说明。 书中每个通信实例互为独立单元、深入浅出、条理清晰、内容完整，并配有大量的例图与程序，深入细致地阐述了通信协议的各个方面，便于读者学习和掌握。随书附带的光盘提供了书中所有的应有的实例，程序源代码以及技术文档等。 本书适合广大工业产品用户、系统工程师、现场工程技术人员、大专院校相关专业师生、以及工程设计人员借鉴和参考。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 目录 序 前言 第1 章概述 1.1 自动化控制系统的发展 1.2 全集成自动化 1.3 SIMATIC NET 工业通信网络 第2 章 MPI 通信 2.1 MPI 概述 2.2 MPI 网络 2.3 设置MPI 2.4 PLC-PLC 之间通过MPI 通信 2.5 S7PLC 与HMI 产品之间的MPI 通信 第3 章 PROFIBUS 通信 3.1 PROFIBUS 介绍
工业以太网交换机发展现状分析及组网方案标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
工业以太网交换机发展现状分析及组网方案 文章来自： 近几年来经济发展带动着计算机技术与自动化控制技术的高速发展两者相结合应用不断提高促进产业信息化和智能化，这就带动了工业控制接口转换器RS232转换器、RS485转换器、RS485集线器、工业以太网交换机在数据采集、网络通讯的应用带来了工业生产自动化，实现优质、高产、低耗，提高工业企业经济效益的重要技术手段。 目前国内的工业以太网交换机供应渠道主要来源于中国台湾及内地的厂商，国外的产品经过几年的市场拼杀后，由于成本高、价格高、服务难现已大部分退出国内市场。目前，国内的IT业研发、加工技术力量不断提升，各类芯片电子元器件、生产设备在国际市场基本可平等选购。深圳宇泰科技在这些有利条件下，通过强大的研发团队和先进的生产设备，自主研发工业接口转换器、以太网交换机，产品通过多项专利技术及国内外各项质量认证性能指示处于国内外领先不平。工业以太网交换机的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业接口转换器。 工业以太网交换机主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输。以太网在设计时，由于其采用载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），在复杂的工业环境中应用，其可靠性大大降低，从而导致以太网不能使用。工业以太网交换机采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况，使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。 随着电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业的迅速发展，从数字家庭用的机顶盒、数字电视、到银行柜员机、高速公路收费系统、加油站管理、制造业生产线控制，金融、政府、国防等行业信息化需求不断增加，对工业以太网交换机需求很大，交换机市场发展前景十分广阔。 工业以太网交换机，在工业极端恶劣环境里能够连续长期稳定可靠工作。宇泰科技UT-6405/6408工业以太网交换机是5/8个端口的工业非管理型以太网交换机，提供交直流输入正反接保护防止烧坏仪器，外观设计精巧，同时支持工业标准的卡扣式安装和墙式安装，所以它非常容易安装应用在任何工业网络上。 产品特点： ■兼容性：标准IEEE802.3，802.3u，802.3x ■网路：10/100Base-TX ■以太网传输距离：达到100米 ■连接器：5x10/100Base-TXRJ-45端口 电源要求： ■直流：9~48V提供反接保护 ■交流：9~38V ■过流防护：1.1A 功率消耗： ■满载：2.2Watts ■尺寸：150mm×100mm×30mm（长×宽×高） ■外壳：铁壳 ■ESD静电防护：4000V(以太网)
西门子工业以太网通讯网络仿真 1 序言工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作 性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有 的低成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商。 2 工业以太网的特点工业以太网是专为工业应用专门设计的，它遵循国际标准ieee802.3（ethernet）的开。放形式，多供应商的高性能的区域和网络单元。工业以太网一般用于对时间要求不太严格、需要传送大量数据的通信场合。将以 太网高速传送技术引入到工业控制领域，使得企业内部互联网、外部互联网和 国际互联网提供的技术和广泛的应用已经进入生产和过程自动化中。这种应用推动了自动化技术和互联网技术的结合。 以太网的市场占有率已经超过80%，在当今局域网中首屈一指。以太网有如下特点：◆可以采用冗余的网络拓扑结构，可靠性高； ◆通过交换技术可以提供实际上没有限制的通信性能； ◆灵活性好，现有设备可以不收影响地扩张； ◆在不但发展过程中有良好的向下兼容性； ◆易于实现管理信息系统和工业控制网络的联网，即管理控制网络的一体化。 以太网支持的广域开放型网络模型，可以采用多种传输媒体。西门子公司在 工业以太网领域有着非常丰富的经验和领先的解决方案。其中simatic net 工业以太网基于经过现场验证的技术，符合ieee802.3 标准并提供10mbit/s 以及100mbit/s 快速以太网技术。经过多年的实践，simatic net 工业以太网的应用已多于400000 个节点，偏布世界各地，用于严酷的工业环境，并包括有高强度
论工业以太网技术的应用和发展(一) 作者：田晓霞曹其宏薛伟刘雷 论文关键词:工业以太网；特点；趋势；全开放网络 论文摘要:工业以太网控制系统是集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)之后产生的一种新型的工业控制系统。本文简要介绍了工业以太网的特点，并详细论述了工业以太网在控制领域的应用现状以及以太网交换技术的发展趋势，并提出了以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络的观点。 传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础，随着IT技术的飞速发展和工业自动化要求的不断提高，工业控制网络所担负的工作越来越重。与数据信息网络不同，工业控制领域需要一种高速廉价、实时性和开放性好、稳定性和准确性高的网络。以太网（Ethernet）技术支持几乎所有的网络协议,所以在数据信息网络中得到广泛应用，具有传输速度高、低能耗、便于安装、兼容性好、开放性高和支持设备等多方面的优势。工业以太网的开放性使得工业控制网络和企业信息网络的无缝整合方面具有无可比拟的优势。 一、工业以太网技术的特点 以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显： （一）Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。 （二）以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。 （三）软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。 （四）通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。 （五）可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。 二、工业以太网在控制领域应用现状 工业以太网与现场总线相比，它能提供一个开放的标准，是企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导致的“自动化孤岛”问题，但从目前的发展看，工业以太网在控制领域的应用主要体现在以下几种形式。 （一）混合Ethernet/Fieldbus的网络结构 这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络形式走向融合，但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、实验环境等诸多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求，实现真正的全分布式系统。因此，在企业信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。 （二）专用工业以太控制网络
西门子选型手册 1 6ES7 212-1AB23-0XB0 CPU（8I/6O）晶体管输出 2 6ES7 212-1BB23-0XB0 CPU (8I/6O）继电器输出 3 6ES7 212-1AB23-0XB8 CPU（8I/6O）晶体管输出 CN 4 6ES7 212-1BB23-0XB8 CPU (8I/6O）继电器输出 CN 5 6ES7 214-1AD23-0XB0 CPU（14I/10O）晶体管输出 6 6ES 7 214-1AD23-0XB 8 CPU（14I/10O）晶体管输出 CN 7 6ES7 214-1BD23-0XB0 CPU（14I/10O）继电器输出 8 6ES7 214-1BD23-0XB8 CPU（14I/10O）继电器输出 CN 9 6ES7 214-2AD23-0XB0 CPU224XP（14DI/10DO，2AI,1AO）晶体管输出 10 6ES7 214-2BD23-0XB0 CPU224XP （14DI/10DO，2AI,1AO）继电器输出 11 6ES7 214-2AD23-0XB8 CPU224XP （14DI/10DO，2AI,1AO）晶体管输出 12 6ES7 214-2BD23-0XB8 CPU224XP （14DI/10DO，2AI,1AO）继电器输出 13 6ES7 216-2AD23-0XB0 CPU ( 24I/16O ) 晶体管输出 14 6ES7 216-2BD23-0XB0 CPU（24I/16O）继电器输出 15 6ES7 216-2AD23-0XB8 CPU ( 24I/16O ) 晶体管输出 CN 16 6ES7 216-2BD23-0XB8 CPU（24I/16O）继电器输出 CN 17 6ES7 221-1BF22-0XA0 8点24VDC输入
工业以太网的意义及其应用分析
以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域内，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。
工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达 11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点（1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽；（2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界；（3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；（4）在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术；（5）沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；（6）允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。 2.3 工业以太网的优点（1）基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准，协议开放、完善不同厂商设备，容易互连具有互操作性；（2）可实现远程访问，远程诊断；（3）不同的传输介质可以灵活组合，如同轴电缆、双绞线、光纤等；（4）网络速度快，可达千兆甚至更快；（5）支持冗余连接配置，数据可达性强，数据有多条通路抵达目的地；（6
前西门子S7-300/400系列的PLC的通讯方式开始大量使用工业以太网通讯，MP277/3 77、xP177B系列触摸屏也集成了以太网接口，这带来一个好处，所有的接口都统一，在网络通讯时采用都以太网接口，所有的设备组成一个局域网，包括上位监控计算机、编程设备、PLC、触摸屏都能很方便地互相访问，需要扩展多一个设备也很方便，只需要加一个交换机就能扩展出多个接口。因为有这些好处，所以采用以太网通讯越来越流行，下面说一说以太网通讯的其中一个应用，PLC与PLC之间通过以太网互连。 一、S7-300/400之间互连 1、采用PLC与PLC通过以太网访问，需要增加以太网模块，如CP343-1，CP443-1的模块，或者采用带有PN接口的PLC，如CPU315-2DP/PN的PLC。 2、采用两块CP343-1互连，先在同一个项目里做好两套PLC的硬件组态，分配好IP地址，打开NetPro，选择其中一个PLC，双击连接列表上的空白行，添加一个 S7 conection。选择连接的另一个PLC，记住连接的ID号。通讯双方的其中一个站为Cl ient端，激活“Establish an active connection”的选项(默认是激活的)。这样NetPro 的配置就完成了，编译、下载完成 3、打开其中两套PLC的OB1，调用FB12(BSEND)块发送数据，FB13(BRCV)块接收数据，1#PLC的发送对应2#PLC的接收，1#PLC的接收对应2#PLC的发送。 4、调用FB12的时候几个参数的含意，a、REQ，发送开始，上升沿触发发送工作；b、I D，连接ID号，这个ID号是在NetPro组态时生成的ID号；c、R_ID，连接号，相同连接号的FB块互相对应发送/接收数据，这个是由用户编程时定义的，例如1#PLC的FB12的R_ID是DW#16#2，则2#PLC的FB13的R_ID也是DW#16#2，这样才能保证正常接收发送；d、DONE，发送完成，如果REQ端是一个不停的脉冲，正常情况下DONE 端也应该也是一个不停的脉冲反馈；e、SD_1，发送的开始地址，以P# x.x byte xxx
工业以太网概述 现场总线对于面向设备的自动化工业系统起到了极大的促进作用，但是由于现场总线工业网络存在一定的缺陷，导致其的发展受到极大的限制。其缺陷包括有通信速率低，成本高，支持应用低，又由于现场总线通信协议多种多样，使得不同总线之间的互联互通比较繁琐，必须要通过一些通信协议转换器进行协议的转换，特别是有多个现场总线协议共存于一个系统中时，相互之间的协议转换更加繁琐。 以太网自从发明出来之后，由于以太网具有极强的兼容性、可扩展性、开放性，得到了飞速的发展，深入到了社会生活的各个层面，同样，以太网也进入了工业应用领域。但是普通的以太网存在极大的缺陷导致其不能应用于工业领域： 1.工业控制领域对于数据的实时性要求非常高，对于数据的延时一般都是必须要控制在几十个ms 之内。由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD 机制），当以太网上发生冲突的时候，就会重发数据，很明显，一旦冲突发生，就必须牺牲时间为代价来解决冲突的问题，实时性就不能得到保证。但是在工业领域，实时性不能得到保证的话，就有可能导致设备的停止运作，甚至造成安全事故。 2.由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD 机制），使得以太网存在冲突，特别是在以太网网络负荷比较重的情况下，冲突出现的几率更大。而一旦大量的冲突发生，导致数据不断的重发，使得工业网络之间的通信的不确定性大大增加，从而降低了系统控
制性能。 3.以太网在最初设计时，没有考虑到工业现场的复杂电磁环境，在恶劣的外部环境中，必然导致以太网的可靠性的降低。但是在生产环境中，工业网络必须有良好的可靠性，可维护性及可恢复性。 针对以太网存在的以上缺陷，采用了多种解决机制改善以太网的 性能以使的其可以适用于工业网络，以形成工业以太网。 1.工业以太网交换技术。为改善以太网在网络负荷较重的时候出现的拥塞问题，采用工业以太网交换机减少由于载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD 机制）而产生的冲突问题和错误传输，从而提高系统的稳定性。常用的交换技术有：存储转发交换技术，交换机开始接收数据帧后，先进行存储，待完全接收整个数据帧后，进行差错校验，校验无误后进行转发。直通式交换技术，当工业以太网交换机接收到数据帧时，只接收完头部，立即进行转发，不进行任何校验和处理。 2.采用高速工业以太网交换机，研究表明，当以太网负载越多，其发生冲突的概率就越大。当以太网的负荷在10％以下的时候，10M 网络冲突机率为五年一次，而100M 网络冲突机率为十五年一次，当负荷超过36%时，发生冲突的机率就随着负荷的增加成几何数量级的增长。在通信数据流量一定的情况下，利用高速的工业以太网交换机, 提高以太网通信速度，有效降低以太网负荷，降低冲突的概率，提高工业以太网的可靠性。