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隨著以太網(wǎng)技術的不斷發(fā)展以及普及，使得現(xiàn)在的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller簡稱PLC)大都開始具備以太網(wǎng)接口用于通信用途，但是PLC基本上都是用于工業(yè)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境復雜，外部環(huán)境惡劣（高溫，低溫，高塵等因素），并且工業(yè)控制系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)通信的實時性和可靠性具有很高的要求，通信延時必須要控制在毫秒級別（民用以太網(wǎng)則能夠容忍數(shù)秒的延時），一旦出現(xiàn)通信中斷的情況，能夠在毫秒級別的時間內(nèi)啟用冗余備份鏈路恢復通信（民用以太網(wǎng)一般在數(shù)秒或者數(shù)分鐘之內(nèi)恢復通信都不會出現(xiàn)問題）。綜上所述，可編程邏輯控制器不能基于民用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，必須要采用工業(yè)以太網(wǎng)作為其通信網(wǎng)絡。
PLC數(shù)據(jù)通信分為兩種：與計算機之間的數(shù)據(jù)交換以及PLC之間的通信。其中以太網(wǎng)因為支持廣泛，已經(jīng)成為事實上的網(wǎng)絡通信標準，并具有良好的開放性和擴展性，其已經(jīng)成為PLC通信接口的標準配置�，F(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)技術已經(jīng)從原先的10/100M通信速率邁向千兆以太網(wǎng)標準，極高的通信速率也為PLC數(shù)據(jù)通信的實時性提供了技術保障。光纖技術在工業(yè)以太網(wǎng)中的應用使得其在工業(yè)現(xiàn)場抗電磁干擾能力得到了極大的提高以及使得以太網(wǎng)設備之間的傳輸距離可以達到數(shù)十公里，從而使得可以在車間現(xiàn)場直接構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)直接與PLC通信。通過以太網(wǎng)通信，任何與以太網(wǎng)連接并得到授權(quán)的計算機都可以與PLC進行數(shù)據(jù)交換。通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC相結(jié)合，我們可以構(gòu)置全分散，全開放的工業(yè)控制系統(tǒng)。
綜上所述，在工業(yè)現(xiàn)場構(gòu)建以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡與在民用場所構(gòu)建局域網(wǎng)具有很大的不同：1.工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，高溫，高塵，高電磁干擾等因素嚴重影響網(wǎng)絡通信的穩(wěn)定性。2.對于實時性的要求非常高，要求高可靠性和極短的自恢復時間。3.網(wǎng)絡設備電源的穩(wěn)定冗余供應以及安全可靠的安裝方式。交換機作為通信網(wǎng)絡的最重要組成部分，必須要滿足以上幾點才可以構(gòu)建穩(wěn)定可靠的工業(yè)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡。
此外，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通信要求與商業(yè)場合的通信要求具有很大的不同：工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)是連續(xù)性的小數(shù)據(jù)包，但是節(jié)點眾多，匯聚在一起的話所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就比較大，工業(yè)控制生產(chǎn)現(xiàn)在基本上都是分布式控制，PLC獲取的數(shù)據(jù)以及上傳的數(shù)據(jù)一般都是在其所在的生產(chǎn)車間或者生產(chǎn)組內(nèi)部使用，只有少量的數(shù)據(jù)需要從外部獲取或者上傳至外部計算機，還有就是工業(yè)控制過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要同時告知眾多的其他節(jié)點，以方便其他的控制器作出相應的動作。
針對工業(yè)現(xiàn)場的相關需求，深圳市國科偉業(yè)通信技術有限公司生產(chǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機能夠很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場的相關需求。在此案例中我們采用的是NIES-608-2F和NIES-608-4F兩種型號。兩者均為導軌式安裝適應工業(yè)現(xiàn)場安裝，帶有網(wǎng)絡管理功能，采用工業(yè)四級設計，寬溫設計方案能夠適應-40℃～75℃的嚴苛溫度環(huán)境，采用高強度波紋式金屬外殼，散熱性好。其中NIES-608-4F帶有四路光口以及四路以太網(wǎng)接口，而NIES-608-2F則是帶有兩路光口以及六路以太網(wǎng)接口，通過對其進行靈活配置，組合成菊花鏈環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，有效的保證整個工業(yè)以太網(wǎng)通信的穩(wěn)定性和可靠性。其具體配置如下：
利用NIES-608-4F導軌式光纖交換機組建主干冗余環(huán)網(wǎng)，將該型號交換機的其中兩個光纖接口手牽手菊花鏈方式組成單環(huán)網(wǎng)（假設三臺A,B,C，使用四個光纖接口中的兩個1，2，A1連接B2,B1連接C2,C1連接A2），主干冗余環(huán)網(wǎng)直接縱貫整個工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的所有車間作為主干通信線路，交換機離散分布在各個車間內(nèi)部，做到每個車間放置一臺NIES-608-4F型交換機。然后在每個車間內(nèi)部根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，配置多臺NIES-608-2F網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機。該型號的交換機每臺具備兩個光纖接口，同樣按照菊花鏈的方式與NIES-608-4F的剩余兩個光纖接口共同組成單環(huán)網(wǎng)連接通信，這樣就形成了多臺NIES-608-4F組成主干冗余環(huán)網(wǎng)貫穿整個工廠，而多臺NIES-608-2F組成相應的單環(huán)網(wǎng)與主干冗余環(huán)網(wǎng)相切連接通信，交換機的以太網(wǎng)接口與PLC的以太網(wǎng)接口相連接實現(xiàn)全雙工通信。具體連接可以參照連接示意圖。
通過采用NIES-608-4F型光纖交換機和NIES-608-2F型工業(yè)以太網(wǎng)交換機的多層靈活配置，在每個生產(chǎn)車間配置一個光纖冗余環(huán)網(wǎng)組成局域網(wǎng)，車間內(nèi)部的PLC通過該局域網(wǎng)進行內(nèi)部通信，大多數(shù)通信數(shù)據(jù)都在局域網(wǎng)內(nèi)流通，由于某個車間內(nèi)部的PLC數(shù)量相對來說較少，整個環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量不會太大，采用百兆的帶寬足夠系統(tǒng)使用。而與局域網(wǎng)外部的PLC或者計算機進行數(shù)據(jù)交換則利用主干冗余環(huán)網(wǎng)進行通信，由于車間內(nèi)部的PLC以及計算機與外部交換的數(shù)據(jù)相對較少，整個主干冗余環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量相對來說也是不大，采用百兆的帶寬也是足夠整個系統(tǒng)使用。由于將整個工業(yè)控制網(wǎng)絡劃分為多個局域網(wǎng)，劃分了廣播域，有效的抑制廣播風暴。且某個冗余環(huán)網(wǎng)一旦某個節(jié)點出現(xiàn)問題，由于環(huán)網(wǎng)中的交換機數(shù)目比較少，冗余環(huán)網(wǎng)的自愈時間相對來說也比較短。
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