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隨著以太網(wǎng)技術(shù)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(jiǎn)稱PLC)大都開(kāi)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(chǎng)的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)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(duì)于數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性具有很高的要求，通信延時(shí)必須要控制在毫秒級(jí)別（民用以太網(wǎng)則能夠容忍數(shù)秒的延時(shí)），一旦出現(xiàn)通信中斷的情況，能夠在毫秒級(jí)別的時(shí)間內(nèi)啟用冗余備份鏈路恢復(fù)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(fù)通信都不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題）。綜上所述，可編程邏輯控制器不能基于民用以太網(wǎng)進(jìn)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(luò)。
PLC數(shù)據(jù)通信分為兩種：與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換以及PLC之間的通信。其中以太網(wǎng)因?yàn)橹С謴V泛，已經(jīng)成為事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，并具有良好的開(kāi)放性和擴(kuò)展性，其已經(jīng)成為PLC通信接口的標(biāo)準(zhǔn)配置�，F(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)從原先的10/100M通信速率邁向千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，極高的通信速率也為PLC數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性提供了技術(shù)保障。光纖技術(shù)在工業(yè)以太網(wǎng)中的應(yīng)用使得其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)抗電磁干擾能力得到了極大的提高以及使得以太網(wǎng)設(shè)備之間的傳輸距離可以達(dá)到數(shù)十公里，從而使得可以在車間現(xiàn)場(chǎng)直接構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)直接與PLC通信。通過(guò)以太網(wǎng)通信，任何與以太網(wǎng)連接并得到授權(quán)的計(jì)算機(jī)都可以與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過(guò)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(kāi)放的工業(yè)控制系統(tǒng)。
綜上所述，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與在民用場(chǎng)所構(gòu)建局域網(wǎng)具有很大的不同：1.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，高溫，高塵，高電磁干擾等因素嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。2.對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求非常高，要求高可靠性和極短的自恢復(fù)時(shí)間。3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備電源的穩(wěn)定冗余供應(yīng)以及安全可靠的安裝方式。交換機(jī)作為通信網(wǎng)絡(luò)的最重要組成部分，必須要滿足以上幾點(diǎn)才可以構(gòu)建穩(wěn)定可靠的工業(yè)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。
此外，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通信要求與商業(yè)場(chǎng)合的通信要求具有很大的不同：工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)是連續(xù)性的小數(shù)據(jù)包，但是節(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)，還有就是工業(yè)控制過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要同時(shí)告知眾多的其他節(jié)點(diǎn)，以方便其他的控制器作出相應(yīng)的動(dòng)作。
針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)需求，深圳市國(guó)科偉業(yè)通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)能夠很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)需求。在此案例中我們采用的是NIES-608-2F和NIES-608-4F兩種型號(hào)。兩者均為導(dǎo)軌式安裝適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，帶有網(wǎng)絡(luò)管理功能，采用工業(yè)四級(jí)設(shè)計(jì)，寬溫設(shè)計(jì)方案能夠適應(yīng)-40℃～75℃的嚴(yán)苛溫度環(huán)境，采用高強(qiáng)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(guò)對(duì)其進(jìn)行靈活配置，組合成菊花鏈環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有效的保證整個(gè)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(dǎo)軌式光纖交換機(jī)組建主干冗余環(huán)網(wǎng)，將該型號(hào)交換機(jī)的其中兩個(gè)光纖接口手牽手菊花鏈方式組成單環(huán)網(wǎng)（假設(shè)三臺(tái)A,B,C，使用四個(gè)光纖接口中的兩個(gè)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(gè)工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的所有車間作為主干通信線路，交換機(jī)離散分布在各個(gè)車間內(nèi)部，做到每個(gè)車間放置一臺(tái)NIES-608-4F型交換機(jī)。然后在每個(gè)車間內(nèi)部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，配置多臺(tái)NIES-608-2F網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。該型號(hào)的交換機(jī)每臺(tái)具備兩個(gè)光纖接口，同樣按照菊花鏈的方式與NIES-608-4F的剩余兩個(gè)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(tái)NIES-608-4F組成主干冗余環(huán)網(wǎng)貫穿整個(gè)工廠，而多臺(tái)NIES-608-2F組成相應(yīng)的單環(huán)網(wǎng)與主干冗余環(huán)網(wǎng)相切連接通信，交換機(jī)的以太網(wǎng)接口與PLC的以太網(wǎng)接口相連接實(shí)現(xiàn)全雙工通信。具體連接可以參照連接示意圖。
通過(guò)采用NIES-608-4F型光纖交換機(jī)和NIES-608-2F型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的多層靈活配置，在每個(gè)生產(chǎn)車間配置一個(gè)光纖冗余環(huán)網(wǎng)組成局域網(wǎng)，車間內(nèi)部的PLC通過(guò)該局域網(wǎng)進(jìn)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(gè)車間內(nèi)部的PLC數(shù)量相對(duì)來(lái)說(shuō)較少，整個(gè)環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量不會(huì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換則利用主干冗余環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信，由于車間內(nèi)部的PLC以及計(jì)算機(jī)與外部交換的數(shù)據(jù)相對(duì)較少，整個(gè)主干冗余環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量相對(duì)來(lái)說(shuō)也是不大，采用百兆的帶寬也是足夠整個(gè)系統(tǒng)使用。由于將整個(gè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)局域網(wǎng)，劃分了廣播域，有效的抑制廣播風(fēng)暴。且某個(gè)冗余環(huán)網(wǎng)一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，由于環(huán)網(wǎng)中的交換機(jī)數(shù)目比較少，冗余環(huán)網(wǎng)的自愈時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較短。
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