1、 第 1 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点目次前言.21 目的.32 适用范围.33 规范性引用文件.34 术语和定义.35 网络架构分析 .35.1 常见网络形式特点及应用35.2 网络架构搭建及网络拓扑形式.56 文件更改状态.11第 2 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点前言一、弧焊电气科是本文件的归口管理部门，享有文件更改、修订、日常维护及最终解释权。二、文件版本历史记录：无文件版本 版本实施日期 编制人 审核人 标准化 批准人 备注三、本文件与上一版文件相比的主要变化点：无。四、本文件自实施之日起，代替或废止的文件：无。第 3 页 共 11 页 每 天 进 步
2、一 点 点1 目的无。2 范围无。3 规范性引用文件无。4 术语和定义无。5 网络架构分析我们在项目中经常使用的网络形式有以太网、Profinet、Profibus 三种，下面针对这三种网络形式分别展开分析。5.1 常见网络形式特点及应用工业控制网络按照“集中管理，分散控制”的原则，用于连接工业控制系统的工业计算机控制器、可编程逻辑控制器、传感器、变送器、执行器、人机接口、工业服务器等设备节点，传输工业控制系统的采集、命令、诊断和协调等信号。整个控制网络分为监控层、控制层、设备层三层网络。网络拓扑结构及特点如下： 线型结构总线型是一根主干线连接多个节点而形成的网络结构，在总线型网络结构中，网络
3、信息是通过主干线传输到各个节点的。总线型结构的特点主要在于简单灵活、构建方便、性能优良。总线型拓扑结构 星型结构星型结构主要是指一个中央节点周围连接着许多节点而组成的网络结构，其中，中央节点将所接收的信息进行处理加工从而传输给其他的节点。星型网络拓扑结构的主要特点在于建网简单、结构简单、便于管理。第 4 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点星型拓扑结构 环型结构环形结构主要是各个节点之间进行首位连接，一个节点连接着一个节点而形成一个环路。环形网络拓扑结构的主要特点在于它的建网简单，结构易购，冗余通讯，便于管理。环型拓扑结构5.1.1 以太网特点及应用工业以太网是建立在 IEEE802.
4、3 系列标准和 TCP/IP 上的分布式实时控制通讯网络，工业以太网适用于数据量传输量大，传输速度要求较高的场合。它采用 CSMA/CD 协议，同时兼容 TCP/IP 协议。PLC 与上位机之间的通讯，我们采用了以太网的形式。5.1.2 Profinet 特点及应用Profinet 采用以太网作为通信介质，实际上是在以太网上挂接传统的 Profibus 系统和新型的智能现场设备，因此基于以太网的任何开发都可以直接应用在 Profinet 网络中。Profinet 具有功能完善、传输速率高、抗干扰能力强、使用方便等优点。Profinet 包括 Profinet I/O 和 Profinet CB
5、A 两个主要部分，其中 Profinet I/O 用于连接分散的外围设备，采用循环数据和非循环数据两种通信方式。PLC 与现场设备间的通讯可以通过 Profinet 的形式来实现。5.1.3 Profibus 特点及应用Profibus 是 Process Fieldbus 的简称，其总线传输速率一般可在 9.6Kbit/s-12Mbit/s 间选择。 Profibus 总线的传输距离长：可以采用双绞线或光缆作为传输介质，在对速率要求不高的情况下（9.6Kbit/s）传输距离可以达到 1200m，即使是在 12Mbit/s 最高的传输速率下，其传输距离也能达到 200m，此外，我们也可以使用中
6、继器等设备来延长其传输距离可达 10km。第 5 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点PROFIBUS 由三个兼容部分组成：PROFIBUS 一 DP，PROFIBUS 一 FMS，PROFIBUS 一 PA 三个兼容版本。其中 PROFIBUS 一 DP 是一种经过优化的高速通信网络，专为自动控制系统和分散 1/0 设备之间通信设计，用于分布式控制系统的高速数据传输；PROFIBuS 一 FMS 主要解决车间级通用性通信任务，完成中等速度的循环和非循环通信任务；PROFIBUS 一 PA 专为过程自动化设计，提供标准的本质安全传输技术，用于对安全性要求较高的场合及有总线供电的站点。我
7、们一般使用 PROFIBUS 一 DP 协议。5.2 网络架构搭建及网络拓扑形式5.2.1 以太网架构搭建及网络拓扑形式a) 网络架构搭建(1) 首先要按照控制分区确定 PLC 的具体数量和位置；(2) 根据 PLC 的数量和位置，将 PLC 接于制造执行系统(MES)的交换机上；(3) 将上位机接于 MES 交换机上，组建以太网网络结构。b) 搭建原则工业以太网交换机是一种可以提供环网耦合功能的有源网络组件，有高效冗余的特性，可以保证当现场总线出现故障的时候，上位机与 PLC 之间的正常数据交换。在应用过程中每个交换机至少需预留 1 个备用口。c) 网络拓扑形式第 6 页 共 11 页 每
8、天 进 步 一 点 点以太网通过采用星型网络拓扑结构保证 PLC 与上位机之间大量数据的实时传输。5.2.2 Profinet 架构搭建及网络拓扑形式a) 网络架构搭建(1) 首先需要按照控制分区确定所需搭建网络结构线体的现场设备数量。(2) 根据现场设备的数量及位置，确定交换机通讯接口数量，在交换机的选择过程中线体形式的系统优先考虑 16 口交换机，工作站形式的系统优先考虑 8 口交换机。(3) 对于线体形式系统若交换机数量大于 2 台，则采用网管型交换机并将交换机组成环网型结构后与PLC 连接，组建网络结构。b) 搭建原则(1) 线体形式交换机与现场设备之间优先采用星型+ 总线型网络拓扑结
9、构，如果选用总线型拓扑结构，原则上每路总线连接设备不能超过 5 个，每两个相邻设备间距离不能超过 90 米；(2) 每个交换机应至少预留 1 个备用口；(3) 线体间的信号交互通过 PN/PN 耦合器来实现。c) 网络拓扑形式(1) 线体网络结构形式第 7 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点图 1 监控层与控制层网络拓扑结构示意图图 1 为“以太网+Profinet 环网”的网络结构示意图。在图中可以看到，整个网络包括监控层、控制层两个层次。PLC 与上位机之间通过以太网的形式进行数据的传输。PLC 与现场设备采用 Profinet 网络形式进行连接，网管型交换机组成环网之后与 PL
10、C 相连。耦合器主要应用于网际间的信号交互，用于连接的两个相互独立的 Profinet 网络进行数据交换。图 2 设备层网络拓扑结构示意图第 8 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点上图为设备层的网络结构拓扑示意图。在图中可以看到，现场设备与交换机之间采用总线型+星型的混合拓扑结构，此时需要保证相邻设备间距离不能超过 90 米。Profinet 网线使用专用网线，接头使用专用快速连接的金属接头，以保证网络通讯稳定、可靠。机器人及其周边设备通过非网管型交换机连接。(2) 工作站网络结构形式以太网+Profinet 拓扑结构方案二是方案一的简化形式，当现场交换机小于3台时，交换机之间可不必
11、组成环网，直接采用这种连接方式。交换机采用非网管型，工作站之间或者工作站与其他控制系统的信号交互通过PN/PN耦合器实现。5.2.3 Profibus 架构搭建及网络拓扑形式a) 网络架构搭建(1) 确定需要搭建网络结构的线体包含的现场设备数量。(2) 按照驱动性负载、通讯模块、机器人系统、安全设备、车型识别等对现场设备进行分类汇总。(3) 确定中继器的总类及数量：根据网络设备的类型和位置，确定总共需要搭建几条总线；通过判定需要诊断功能的总线数量来确定诊断中继器的个数；根据网段中网络设备的距离判断所需中继器的数量；(4) 根据确定的中继器数量，组建整个 Profibus 网络拓扑结构。第 9
12、页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点b) 搭建原则(1) 由于中继器具有信号放大和再生的功能，在一条 Profibus 总线上使用 RS485 时，最多可以安装 9个。(2) 在 Profibus 网络结构中，当硬件设备超过 32 个，或者波特率对应的网络通讯距离已经超出经验值范围时( 见下表)，就应该使用 Profibus 中继器来扩展网络连接，从而达到扩展网络规模、保证良好通信质量的目的。不同速率下的最大电缆长度通讯速率 最大线缆长度/米9.6-187.5Kbps 800500Kbps 2501.5Mbps 1303-12Mbps 60(3) 例如一条 Profibus 总线上有
13、80 个站点，那么就需要 2 个中继器将网络分成 3 个段。由于中继器本身也是一个特殊的 DP 从站设备，在网段中分别占用一个物理地址，因而实际上都只能再连接 31 个 DP 主站/从站设备。(4) 中继器扩展的距离，假设 1.5M bps 的波特率时，通讯距离为 130 米，则网段 1 从最远站到中继器网段 1 之间的距离为 130 米，而从中继器的网段 2 到最远站还可以再扩展 130 米，这样整个网络的距离为260 米，以此类推。(5) 如果选用带诊断功能的中继器，每个中继器的 DP2/DP3 网段诊断的最远距离不能超过 80 米，且保证同一诊断回路不能有两个诊断设备。(6) 线体间的信
14、号交互通过 DP/DP 耦合器来实现。(7) 在网络组建过程中，要严格保证每条总线具备可靠的终端电阻。c) 网络拓扑形式第 10 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点Profibus 网络结构示意图上图是 Profibus 网络结构示意图。在 Profibus 网络结构示意图中，采用总线型的网络拓扑结构。中继器将 Profibus-DP 分为多条总线，将网络中的驱动性负载、通讯模块、机器人系统、车型识别、安全开关分总线布置。耦合器主要应用于网际间的信号交互，用来连接两个相互独立的 Profibus 网络进行数据交换，其通信速率可以不同，可传送的输入和输出数据最大为 244 个字节。它的每个 Profibus 接口做为一个独立的设备在网络中有独立的设备名，更新时间可以不同，但是通信数据区输入/输出方式必须是相互对应的。第 11 页 共 11 页 每 天 进 步 一 点 点6 文件更改状态文件更改状态记录序号 文件更改通知单(识别号) 更改人 更改标识 更改处数 日期编号：GW/Qe-4.2.3-01-01
