西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）</p><p>　　報(bào)告（論文）題目：西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)研究</p><p>　　作者所在系部： 電子工程系 </p><p>　　作者所在專業(yè)： 電氣自動(dòng)化 </p><p>　　作者所在班級(jí)： 09242

2、 </p><p>　　作 者 姓 名 ： 崔光亮 </p><p>　　作 者 學(xué) 號(hào) ： 20093024229 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： 葉昊 </p><p>　　完 成 時(shí) 間 ： 2012年6月10日

3、 </p><p>　　北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制</p><p>　　北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　指導(dǎo)教師： 教研室主任： 系主任：</p><p><b>　　摘 要</b><

4、/p><p>　　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)。</p><p>　　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

5、足了用戶和生產(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。</p><p>　　關(guān)鍵詞 現(xiàn)場(chǎng)總線 獨(dú)立控制 自由組態(tài)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 以太網(wǎng)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1 以太網(wǎng)的誕生1&

6、lt;/p><p>　　1.2 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史2</p><p>　　1.3 以太網(wǎng)技術(shù)2</p><p>　　第2章 工業(yè)以太網(wǎng)9</p><p>　　2.1 與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的比較9</p><p>　　2.2 以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中的關(guān)鍵問(wèn)題10</p><p>　　2.3 以太

7、網(wǎng)為用戶帶來(lái)的利益10</p><p>　　第3章 西門子工業(yè)以太網(wǎng)11</p><p>　　3.1 什么是SIMATIC NET11</p><p>　　3.2 SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)11</p><p>　　第4章 S7-200的以太網(wǎng)解決方案19</p><p>　　4.1 硬件連接19

8、</p><p>　　4.2 硬件需求和軟件需求19</p><p>　　4.3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置20</p><p><b>　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　附 錄1&l

9、t;/b></p><p>　　西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信研究</p><p>　　第1章 以太網(wǎng)簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1 以太網(wǎng)的誕生</p><p>　　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)。</p><p>　　上個(gè)世紀(jì)60年代末，

10、夏威夷大學(xué)的Norman Abramson及其同事研制了一個(gè)名為 ALOHA系統(tǒng)的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　Metcalfe是在世界著名的研究機(jī)構(gòu)Xerox 的帕洛阿爾托研究中心（PARC）的計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作的網(wǎng)絡(luò)專家。</p><p>　　1972年底，Metcalfe和David Boggs設(shè)計(jì)了一套網(wǎng)絡(luò)，用于將不同的ALTO計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，同時(shí)又把nova計(jì)算機(jī)連接到EA

11、RSA激光打印機(jī)。在研制過(guò)程中，Metcalfe將其命名為ALTO ALOHA網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)以ALOHA為基礎(chǔ)，同時(shí)連接了眾多的ALTO計(jì)算機(jī)。這個(gè)世界上第一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)——ALTO ALOHA網(wǎng)絡(luò)首次在1973年5月22日開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。Metcalfe將該網(wǎng)絡(luò)改名為以太網(wǎng)（Ethernet），其靈感來(lái)自于“電磁輻射是可以通過(guò)發(fā)光的以太來(lái)傳播的這一想法”。最初的實(shí)驗(yàn)行PARC以太網(wǎng)以2.4Mbit/s速度運(yùn)行。</p>

12、<p>　　1976年，PARC的實(shí)驗(yàn)型以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到100個(gè)節(jié)點(diǎn)，在長(zhǎng)1000米的粗同軸電纜上運(yùn)行。1976年6月，Metcalfe和David Boggs發(fā)表了題為《以太網(wǎng)：局域網(wǎng)的分布型信息交換》的著名論文。1977年底，多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)被稱為CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Acccess with Collision Detection network,帶碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)）。從

13、此，以太網(wǎng)誕生了。1979年，DEC（Digital Equipment Corp，數(shù)字設(shè)備公司）、Intel和Xerox共同將此網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，正式定名為以太網(wǎng)。</p><p>　　工業(yè)以太網(wǎng)是西門子公司提出的一種基于以太網(wǎng)通訊的一種工業(yè)用的通訊模式。它與其他的西門子通訊方式，比如MPI、DP總線等相比，顯著的優(yōu)越性是：速度快，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，互聯(lián)性和兼容性好，缺點(diǎn)可能就是它不菲的價(jià)格了，一塊基本的CP3

14、43-1的以太網(wǎng)通訊模塊價(jià)格就是近萬(wàn)元，所以現(xiàn)在的某些工業(yè)環(huán)境下，推廣的力度并不是很大。</p><p>　　當(dāng)今時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)就是控制的理念已經(jīng)越來(lái)越被用戶所接受，傳統(tǒng)的基于RS485，CAN等總線的各種集散控制系統(tǒng)，由于其固有的缺陷，正在被基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)太網(wǎng)所取代，工業(yè)以太網(wǎng)總線和我們現(xiàn)在使用的局域網(wǎng)是一致的，它采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，避免的不同協(xié)議間通訊不了的困擾，它可以直接和局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)互連

15、而不要額外的硬件設(shè)備，它方便數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)的共享，它可以用IE瀏覽器訪問(wèn)終端數(shù)據(jù)，而不要專門的軟件，它可以和現(xiàn)有的基于局域網(wǎng)的ERP數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，它特別適合遠(yuǎn)程控制，配合電話交換網(wǎng)和GSM，GPRS無(wú)線電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，它采用統(tǒng)一的網(wǎng)線，減少了布線成本和難度，避免多種總線并存。工業(yè)以太網(wǎng)總線正因?yàn)橛兄T多的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外逐步得到了迅速的普及，現(xiàn)在已經(jīng)有大量的配套產(chǎn)品在使用中。如工業(yè)以太網(wǎng)HUB，工業(yè)以太網(wǎng)防火墻產(chǎn)，工業(yè)以

16、太網(wǎng)關(guān)，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS232/RS485設(shè)備，以太網(wǎng)A/D模塊，以太網(wǎng)D/A模塊，以太網(wǎng)AI模塊，以太網(wǎng)AO模塊，以太網(wǎng)DI模塊，以太網(wǎng)DO模塊及復(fù)合功能模塊。</p><p>　　1.2 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史</p><p>　　1．Xerox PARC創(chuàng)建首個(gè)以太網(wǎng)（1972~1977）</p><p>　　2．DEC、Intel和Xerox將以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化（1979~

17、1983）</p><p>　　3．1989年ISO以標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO8023采納8023.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，至此，IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，電工與電子工程師學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)正式得到國(guó)際上的認(rèn)可</p><p>　　4．交換式和全雙工制以太網(wǎng)出現(xiàn)（1990~1994）</p><p>　　5．快速

18、型以太網(wǎng)出現(xiàn)（1992~1995）</p><p>　　6．工業(yè)趨勢(shì)（1995）</p><p>　　7．千兆位以太網(wǎng)出現(xiàn)（1999）</p><p><b>　　1.3 以太網(wǎng)技術(shù)</b></p><p>　　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

19、的一種局域網(wǎng)（LAN——Local Area Network，局域網(wǎng)）類型。目前的以太網(wǎng)按照傳輸速率大致分為以下四種：</p><p>　　1．10Base-T 以太網(wǎng)——傳輸介質(zhì)是銅軸電纜，傳輸速率為10Mbit/s；</p><p>　　2． 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)；</p><p>

20、;　　3． 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；</p><p>　　4． 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——

21、Metropolitan Area Network）的寬帶解決方案。</p><p>　　1. OBI參考模型</p><p>　　通信網(wǎng)絡(luò)的核心是OSI（開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型。該模型自下而上分別為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層，如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 OSI參考模型</p><p>

22、　　OSI參考模型的上三層通常稱為應(yīng)用層，用來(lái)處理用戶接、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問(wèn)；下四層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。OSI參考模型提供了大多數(shù)協(xié)議棧共有的基本框架，如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程</p><p>　　物理層——定義了傳輸介質(zhì)、連接器和信號(hào)發(fā)生器的類型，規(guī)定了物理連接的電氣、機(jī)械功能特性如電壓、傳輸速率，傳輸距離等特性。</p

23、><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層——確定傳愉站點(diǎn)物理地址以及將消息傳送到協(xié)議棧，提供順序控制和數(shù)據(jù)流控制。該層可以繼續(xù)分為兩個(gè)子層：介質(zhì)訪問(wèn)控制層（MAC）和邏輯鏈路層（LLC）。其中IEEE 802.3（Ethernet，CSMA/CD）就是MAC層常用的通信標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)層定義設(shè)備間通過(guò)邏輯地址（IP）傳輸數(shù)據(jù)，連接位于不同廣播域的設(shè)備，常用來(lái)組織路由。</p>&

24、lt;p>　　傳輸層——建立會(huì)話連接。分配服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP），允許數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠（TCP）或不可靠（UDP）的傳輸?？梢蕴峁┩ㄐ刨|(zhì)量檢測(cè)服務(wù)（QoS）。</p><p>　　會(huì)話層——負(fù)責(zé)建立、管理和終止表示層的實(shí)體間通信會(huì)話，處理不同設(shè)備應(yīng)用程序間的服務(wù)請(qǐng)求和響應(yīng)。</p><p>　　表示層——提供多種編碼用于應(yīng)用層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化服務(wù)。</p><p>　　應(yīng)

25、用層——定義用戶及應(yīng)用程序接口與協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的切人點(diǎn)。目前各種應(yīng)用版本比較多，很難很難建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在工控領(lǐng)城常用的標(biāo)準(zhǔn)是多媒體信息服務(wù)（MMS），</p><p>　　用來(lái)描述制造業(yè)應(yīng)用的服務(wù)和協(xié)議。</p><p>　　數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)封裝后通過(guò)物理介質(zhì)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，接收設(shè)備除去附加下信息后，將數(shù)據(jù)上傳到上層堆棧層。</p><p>　　2. CSMA/CD技術(shù)&l

26、t;/p><p>　　在傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡(luò)中由于以太網(wǎng)中的所有站點(diǎn)采用相同的物理介次相連，這就意味著兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)送信號(hào)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)間的互相沖突。為了解決這個(gè)問(wèn)題，以太網(wǎng)規(guī)定，在一個(gè)站點(diǎn)訪問(wèn)介質(zhì)前，它首光必須監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上有沒(méi)有其他的站點(diǎn)在同時(shí)使用該介質(zhì)。如果介質(zhì)被使用，則該站點(diǎn)在發(fā)送前必須等待。這就是CSMA/CD技術(shù)。為了減少?zèng)_突發(fā)生的兒率，出現(xiàn)一些算法，常用的有：1-持續(xù)CSMA、非持續(xù)CSMA和p-持續(xù)CSMA。&

27、lt;/p><p>　　3. 以太網(wǎng)的交換技術(shù)</p><p>　　以太網(wǎng)交換機(jī)，也稱為交換器、交換式集線器，是為了改善以太網(wǎng)負(fù)裁較重時(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題而出現(xiàn)的。它采用將共享的局城網(wǎng)進(jìn)行有效的沖突域劃分技術(shù)，各個(gè)沖突域之用交換機(jī)連接，以減少CSMA/CD機(jī)制帶來(lái)的沖突問(wèn)題錯(cuò)誤傳輸，使每個(gè)端口獨(dú)享整個(gè)介質(zhì)帶寬，使局域網(wǎng)可以高度擴(kuò)展。</p><p>　　在一個(gè)完全的交換網(wǎng)絡(luò)

28、中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有交換機(jī)和通信節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有集線器，交換機(jī)將首先接收節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)沖突域。且在交換網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)只同交換機(jī)作數(shù)據(jù)交換而相互之間不直接進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)通信。</p><p>　　交換網(wǎng)絡(luò)采用全雙工的通信方式，故可以認(rèn)為是無(wú)沖突的網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)是利用MAC地址工作在OSI參考模劃第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）的設(shè)備，與集線器成或其他工作在第一層（物理層）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相比，交換機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)：連接沖突域/子

29、網(wǎng)；數(shù)據(jù)交換；錯(cuò)誤幀限制；并行通信。</p><p>　　動(dòng)態(tài)端口交換的功能已在前面講述過(guò),每一端口聯(lián)接到單一的工作站或服務(wù)器.因?yàn)槊恳欢丝诳杀话葱栀x予一個(gè)獨(dú)立的 10Mbps專用以太網(wǎng)鏈路,這樣可以賦予每一工作站或服務(wù)器更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬.　　動(dòng)態(tài)段交換與動(dòng)態(tài)端口交換的功能相似,通過(guò)交換結(jié)構(gòu),按需提供專用的端口間10Mbps專用鏈路.每一動(dòng)態(tài)段交換端口可以連接一個(gè)網(wǎng)段(即傳統(tǒng)的共享以太網(wǎng)),而不只是一個(gè)工作站或服

30、務(wù).動(dòng)態(tài)段交換通過(guò)對(duì)大量MAC地址的識(shí)別來(lái)完成此功能。用端口連結(jié)整個(gè)網(wǎng)段,可以使動(dòng)態(tài)段交換取代現(xiàn)今分段網(wǎng)絡(luò)中的路由器及網(wǎng)橋.　　如果網(wǎng)段A的用戶在網(wǎng)段內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包, 交換識(shí)別數(shù)據(jù)為本網(wǎng)段數(shù)據(jù)包而不允許這些數(shù)據(jù)包進(jìn)入其它網(wǎng)段.但是如果網(wǎng)絡(luò)段A的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)包到網(wǎng)絡(luò)段B,則交換機(jī)識(shí)別那些傳送至網(wǎng)段B的數(shù)據(jù)包,分配一專用的10Mbps鏈路，發(fā)送數(shù)據(jù)包到網(wǎng)段B的目的用戶.網(wǎng)絡(luò)分段,即將一個(gè)大的擁擠的網(wǎng)絡(luò)分成一系列的小型網(wǎng)絡(luò),每一網(wǎng)絡(luò)具有小的用

31、戶和小的流量.　　以前網(wǎng)絡(luò)分段一般是通過(guò)網(wǎng)橋和路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 而采用動(dòng)態(tài)段交換對(duì)網(wǎng)絡(luò)分段比用網(wǎng)橋和路由器更優(yōu)越,理由如下:(1)價(jià)低.(2)易管理,而路由器需要QSI協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)層的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)管理.</p><p><b>　　4. 以太網(wǎng)的拓展</b></p><p>　　隨著信息量的急劇增加，網(wǎng)絡(luò)流量也以超乎想象的速度激增，這就要求網(wǎng)絡(luò)不斷地進(jìn)行擴(kuò)展和提高性能

32、，目前千/萬(wàn)兆位以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛使用，特別是在工作環(huán)境趨于互相協(xié)作、通常需要共享大量數(shù)據(jù)以及具有集中應(yīng)用和多任務(wù)的場(chǎng)合更是如此。</p><p>　?。?）無(wú)線以太網(wǎng)是以太網(wǎng)的邏輯擴(kuò)展 無(wú)線局城網(wǎng)的主要標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11，該標(biāo)準(zhǔn)又延伸出802.11b，802.11a和802.11g。802.11b目前已被絕大多數(shù)無(wú)線設(shè)備廠商采用，數(shù)據(jù)速率可達(dá)11Mbit/s。</p><p>　　

33、802.11g標(biāo)準(zhǔn)定義速率高達(dá)54 Mbit/s，將為新一代無(wú)線局域網(wǎng)提供更快的數(shù)據(jù)速率、更遠(yuǎn)的覆蓋距離以及更高的安全性。</p><p>　?。?）存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)兩種替代方案的興起和流行快速增長(zhǎng)的電子郵件和電子商務(wù)導(dǎo)致IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量的劇增。數(shù)據(jù)流量的增加促使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)脫離傳統(tǒng)直接連接存儲(chǔ)模式，演變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)的一種基礎(chǔ)設(shè)施。</p><p>　?。?）城城網(wǎng)中的以太網(wǎng)</p

34、><p>　　千兆位以太網(wǎng)向桌面的移植助長(zhǎng)了服務(wù)器和企枚干線對(duì)10kM位以太網(wǎng)的需求。10kM以太網(wǎng)的出現(xiàn)能夠滿足高速網(wǎng)絡(luò)的多種關(guān)健需求，包括比當(dāng)前替代技術(shù)更低的擁有成本、靈活性、以及與現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的互操作性。綜合所有這些因素，使得10kM位以太網(wǎng)成為城域網(wǎng)的最佳選擇。在城域網(wǎng)中實(shí)施以太網(wǎng)，將把以太網(wǎng)的速度和成本優(yōu)勢(shì)與光網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離和可靠性完美地結(jié)合起來(lái)。</p><p>　　開(kāi)始以太網(wǎng)只

35、有10Mbps的吞吐量，使用的是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的訪問(wèn)控制方法，這種早期的10Mbps以太網(wǎng)稱之為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)可以使用粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接，并且在IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中，為不同的傳輸介質(zhì)制定了不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)，在這些標(biāo)準(zhǔn)中前面的數(shù)字表示傳輸速

36、度，單位是“Mbps”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長(zhǎng)度（基準(zhǔn)單位是100m），Base表示“基帶”的意思，Broad代表“寬帶”。 </p><p>　　10Base－5 使用直徑為0.4英寸、阻抗為50Ω粗同軸電纜，也稱粗纜以太網(wǎng)，最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為500m，基帶傳輸方法，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型；10Base－5組網(wǎng)主要硬件設(shè)備有：粗同軸電纜、帶有AUI插口的以太網(wǎng)卡、中繼器、收發(fā)器、收發(fā)器電纜、終結(jié)器等。 </p

37、><p>　　10Base－2 使用直徑為0.2英寸、阻抗為50Ω細(xì)同軸電纜，也稱細(xì)纜以太網(wǎng)，最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為185m，基帶傳輸方法，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型；10Base－2組網(wǎng)主要硬件設(shè)備有：細(xì)同軸電纜、帶有BNC插口的以太網(wǎng)卡、中繼器、T型連接器、終結(jié)器等。 </p><p>　　10Base－T 使用雙絞線電纜，最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為100m，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型；10Base－T組網(wǎng)主要硬件設(shè)備有：3類或5

38、類非屏蔽雙絞線、帶有RJ-45插口的以太網(wǎng)卡、集線器、交換機(jī)、RJ-45插頭等。 </p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)技術(shù)已難以滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量速度需求。在1993年10月以前，對(duì)于要求10Mbps以上數(shù)據(jù)流量的LAN應(yīng)用，只有光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）可供選擇，但它是一種價(jià)格非常昂貴的、基于100Mpbs光纜的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世

39、界上第一臺(tái)快速以太網(wǎng)集線器Fastch10/100和網(wǎng)絡(luò)接口卡FastNIC100，快速以太網(wǎng)技術(shù)正式得以應(yīng)用。隨后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相繼推出自己的快速以太網(wǎng)裝置。與此同時(shí)，IEEE802工程組亦對(duì)100Mbps以太網(wǎng)的各種標(biāo)準(zhǔn)，如100BASE－TX、100BASE－T4、MII、中繼器、全雙工等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快

40、速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（Fast Ethernet），就這樣開(kāi)始了快速以太網(wǎng)的時(shí)代。 </p><p>　　快速以太網(wǎng)與原來(lái)在100Mbps帶寬下工作的FDDI相比它具有許多的優(yōu)點(diǎn)，最主要體現(xiàn)在快速以太網(wǎng)技術(shù)可以有效的保障用戶在布線基礎(chǔ)實(shí)施上的投資，它支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，能有效的利用現(xiàn)有的設(shè)施。 快速以太網(wǎng)的不足其實(shí)也是以太網(wǎng)技術(shù)的不足，那就是快速以太網(wǎng)仍是基于CSMA/CD技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，會(huì)造成

41、效率的降低，當(dāng)然這可以使用交換技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)。 100Mbps快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)又分為：100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4三個(gè)子類。 </p><p>　　100BASE－TX：是一種使用5類數(shù)據(jù)級(jí)無(wú)屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。它使用兩對(duì)雙絞線，一對(duì)用于發(fā)送，一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)。在傳輸中使用4B/5B編碼方式，信號(hào)頻率為125MHz。符合EIA586的5類布線標(biāo)準(zhǔn)和IBM的SPT

42、 1類布線標(biāo)準(zhǔn)。使用同10BASE－T相同的RJ－45連接器。它的最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為100米。它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。 </p><p>　　100BASE－FX：是一種使用光纜的快速以太網(wǎng)技術(shù)，可使用單模和多模光纖（62.5和125um）。多模光纖連接的最大距離為550米。單模光纖連接的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B/5B編碼方式，信號(hào)頻率為125MHz。它使用MIC/FDDI連接器、ST連接器或SC連接器

43、。它的最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為150m、412m、2000m或更長(zhǎng)至10公里，這與所使用的光纖類型和工作模式有關(guān)，它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。100BASE－FX特別適合于有電氣干擾的環(huán)境、較大距離連接、或高保密環(huán)境等情況下的適用。 </p><p>　　100BASE－T4：是一種可使用3、4、5類無(wú)屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。100Base-T4使用4對(duì)雙絞線，其中的三對(duì)用于在33MHz的頻率上傳輸數(shù)據(jù)，每一對(duì)

44、均工作于半雙工模式。第四對(duì)用于CSMA/CD沖突檢測(cè)。在傳輸中使用8B/6T編碼方式，信號(hào)頻率為25MHz，符合EIA586結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn)。它使用與10BASE－T相同的RJ－45連接器，最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為100米。 </p><p>　　千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為最新的高速以太網(wǎng)技術(shù)，給用戶帶來(lái)了提高核心網(wǎng)絡(luò)的有效解決方案，這種解決方案的最大優(yōu)點(diǎn)是繼承了傳統(tǒng)以太技術(shù)價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。 千兆技術(shù)仍然是以太技術(shù)，它采用了與10M

45、以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)。由于該技術(shù)不改變傳統(tǒng)以太網(wǎng)的桌面應(yīng)用、操作系統(tǒng)，因此可與10M或100M的以太網(wǎng)很好地配合工作。升級(jí)到千兆以太網(wǎng)不必改變網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、網(wǎng)管部件和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，能夠最大程度地保護(hù)投資。此外，IEEE標(biāo)準(zhǔn)將支持最大距離為550米的多模光纖、最大距離為70千米的單模光纖和最大距離為100米的銅軸電纜。千兆以太網(wǎng)填補(bǔ)了802.3以太網(wǎng)/快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不足。 <

46、;/p><p>　　為了能夠偵測(cè)到64Bytes資料框的碰撞，千兆以太網(wǎng)（Gigabit Ethernet）所支持的距離更短。Gigabit Ethernet 支持的網(wǎng)絡(luò)類型，如下表所示： </p><p><b>　　傳輸介質(zhì) 距離 </b></p><p>　　1000Base－CX Copper STP 25m </p><

47、;p>　　1000Base－T Copper Cat 5 UTP 100m </p><p>　　1000Base－SX Multi-mode Fiber 500m </p><p>　　1000Base－LX Single-mode Fiber 3000m </p><p>　　千兆以太網(wǎng)技術(shù)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE

48、802.3z制定了光纖和短程銅線連接方案的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3ab制定了五類雙絞線上較長(zhǎng)距離連接方案的標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　1. IEEE802.3z </p><p>　　IEEE802.3z工作組負(fù)責(zé)制定光纖（單模或多模）和同軸電纜的全雙工鏈路標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3z定義了基于光纖和短距離銅纜的1000Base-X，采用8B/10B編碼技術(shù)，信道傳輸速度為1.25Gbit

49、/s，去耦后實(shí)現(xiàn)1000Mbit/s傳輸速度。 IEEE802.3z具有下列千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)： </p><p>　　2. IEEE802.3ab </p><p>　　IEEE802.3ab工作組負(fù)責(zé)制定基于UTP的半雙工鏈路的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議。IEEE802.3ab定義基于5類UTP的1000Base-T標(biāo)準(zhǔn)，其目的是在5類UTP上以1000Mbit

50、/s速率傳輸100m。 IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)的意義主要有兩點(diǎn)： </p><p>　　(1) 保護(hù)用戶在5類UTP布線系統(tǒng)上的投資。 </p><p>　　(2) 1000Base-T是100Base-T自然擴(kuò)展，與10Base-T、100Base-T完全兼容。不過(guò)，在5類UTP上達(dá)到1000Mbit/s的傳輸速率需要解決5類UTP的串?dāng)_和衰減問(wèn)題，因此，使IEEE802.3ab工作

51、組的開(kāi)發(fā)任務(wù)要比IEEE802.3z復(fù)雜些。 </p><p>　　萬(wàn)兆以太網(wǎng)規(guī)范包含在 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3ae 中，它擴(kuò)展了 IEEE 802.3 協(xié)議和 MAC 規(guī)范，使其支持 10Gb/s 的傳輸速率。除此之外，通過(guò) WAN 界面子層（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太網(wǎng)也能被調(diào)整為較低的傳輸速率，如 9.584640 Gb/s （

52、OC-192），這就允許10千兆位以太網(wǎng)設(shè)備與同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET） STS -192c 傳輸格式相兼容。 </p><p>　　10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纖（MMF），光纖距離為 2m 到 300 m 。 </p><p>　　10GBASE-SR 主要支持“暗光纖”（dark fiber），暗光纖是指沒(méi)有光傳播并且不與任何設(shè)備

53、連接的光纖。 </p><p>　　10GBASE-SW 主要用于連接 SONET 設(shè)備，它應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。 </p><p>　　10GBASE-LX4 采用波分復(fù)用技術(shù)，在單對(duì)光纜上以四倍光波長(zhǎng)發(fā)送信號(hào)。系統(tǒng)運(yùn)行在 1310nm 的多?；騿文０倒饫w方式下。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是針對(duì)于 2m 到 300 m 的多模光纖模式或 2m 到 10km 的單模光纖模式。</p>&

54、lt;p>　　作為歷史悠久的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，以太網(wǎng)利用其出色的性價(jià)比、靈活性和互操作性提供新的被驗(yàn)證的優(yōu)勢(shì)，以及不斷涌現(xiàn)的新產(chǎn)I品和構(gòu)建模塊，將提供更卓越的性價(jià)比特性和優(yōu)勢(shì)，必將得到飛速的發(fā)展。</p><p>　　第2章 工業(yè)以太網(wǎng)</p><p>　　2.1 與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的比較</p><p>　　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2-1

55、所示。</p><p>　　表2-1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)辦公室網(wǎng)絡(luò)的比較</p><p>　　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：</p><p>　　1. 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。</p><

56、;p>　　2. 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)。</p><p>　　3. 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。</p><p>　　4. 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

57、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。</p><p>　　5. 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。</p><p>　　2.2 以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　1. 以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信服務(wù)</p><p>　　交換式以太網(wǎng)、

58、全雙上以太網(wǎng)和虛擬局域城網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，以及自適應(yīng)的100Mbit/s快速以太網(wǎng)的成功運(yùn)行降低了以太網(wǎng)響應(yīng)時(shí)阿過(guò)長(zhǎng)，吞吐量低、沖突率高的不利影響，使得以太網(wǎng)也可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求較高的工業(yè)控制領(lǐng)域。在PROFInet V2.0中，采用加入實(shí)時(shí)通道和等時(shí)同步實(shí)時(shí)IRT的技術(shù)，減少了處理通信棧所需的時(shí)間，極大地改善了網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間，是網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性得到根本性的改善。</p><p>　　2. 統(tǒng)一的應(yīng)用層、用戶展協(xié)議規(guī)范&

59、lt;/p><p>　　工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ藕椭噶顐鬏數(shù)耐ㄐ?，為了滿足通信一致性和可互操作性，需要制定統(tǒng)一的高層協(xié)議規(guī)范，以滿足開(kāi)放系統(tǒng)的要求。</p><p><b>　　3. 網(wǎng)絡(luò)可用性</b></p><p>　　即網(wǎng)絡(luò)生存性，包括工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性、可恢復(fù)性、可維護(hù)性等。即保證一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中任何組件發(fā)生故瘴時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程

60、序、操作系統(tǒng)，甚至網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的崩潰癱瘓。環(huán)形冗余以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在一定程度上解決了可靠性問(wèn)題。</p><p>　　4. 與IT技術(shù)結(jié)合</p><p>　　目前是建立現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和管理級(jí)以及工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)和操作員系統(tǒng)之間統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)，并將這線總線級(jí)網(wǎng)絡(luò)集成到IT網(wǎng)絡(luò)之中，用戶可以從中央部門通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行上層管理任務(wù)。</p><p>　　5. 應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

61、過(guò)程控制底層</p><p>　　建立現(xiàn)場(chǎng)車間級(jí)生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如生產(chǎn)設(shè)備，測(cè)試設(shè)備、條碼器、PC及以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，完成車間級(jí)生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。</p><p>　　2.3 以太網(wǎng)為用戶帶來(lái)的利益</p><p>　　以太網(wǎng)以高達(dá)80%的市場(chǎng)占有率毫無(wú)疑問(wèn)的成為當(dāng)今LAN（局域網(wǎng)）領(lǐng)域中首屈一指的</p><p>　

62、　網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)的優(yōu)越性能，為用帶來(lái)巨大的利益：</p><p>　　1. 簡(jiǎn)單的連接系統(tǒng)，調(diào)試快速；</p><p>　　2. 靈活性高，可擴(kuò)展現(xiàn)有的設(shè)備而不影像系統(tǒng)運(yùn)行；</p><p>　　3. 借助于冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供高可用性，面向未來(lái)的兼容擴(kuò)展性，保護(hù)投資的安全性；</p><p>　　4. 通過(guò)交換技術(shù)可縮放的性能，提供高度可擴(kuò)展

63、的通信性能；</p><p>　　5. 不同的應(yīng)用領(lǐng)域的聯(lián)網(wǎng)，例如辦公室環(huán)境和生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)境的聯(lián)網(wǎng)；</p><p>　　6. 通過(guò)接人WAN（廣域網(wǎng)）可實(shí)現(xiàn)世界范圍內(nèi)和公司之間的通信；</p><p>　　7. 工業(yè)以網(wǎng)州作為基于組件的自動(dòng)化（CBA——Componet Based Automation）的基礎(chǔ)發(fā)展出PROFIBUS用戶組織（PI——PROFIBUS

64、 International，PROFIBUS國(guó)際組織）的PROFINET。</p><p>　　第3章 西門子工業(yè)以太網(wǎng)</p><p>　　西門子公司在工業(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 NE

65、T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)。</p><p>　　3.1 什么是SIMATIC NET</p><p>　　西門子公司通過(guò)SIMATIC NET提供了開(kāi)放的，適用于工業(yè)環(huán)境下各種控制級(jí)別的不同的通信系統(tǒng)。這些通信系統(tǒng)均基于國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型。</p><p>

66、　　SIMATIC NET包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1. 組成通信網(wǎng)絡(luò)的媒介、媒介附件和傳輸組件以及相應(yīng)的傳輸技術(shù)</p><p>　　2. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和服務(wù)</p><p>　　3. 用于連接PLC（或PC的通信模板處理器“CP”）</p><p>　　3.2 SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)</p><

67、p><b>　　1. 基本類型</b></p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）100Mbit/s快速以太網(wǎng) 基于以太網(wǎng)技術(shù)，傳輸速率為100Mbit/

68、s，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。</p><p><b>　　2. 網(wǎng)絡(luò)硬件</b></p><p>　　（1）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。通常在西門子網(wǎng)絡(luò)中使用的傳輸介質(zhì)包括：</p><p>　　2芯電纜，無(wú)雙絞，無(wú)屏蔽（例如：AS-interface bus）</p>&l

69、t;p><b>　　2芯雙絞線，無(wú)屏蔽</b></p><p>　　2芯屏蔽雙絞線（例如：PROFIBUS）</p><p>　　同軸電纜（例如：Industrial Etherenet）</p><p>　　光纖（例如：PROFIBUS/ Industrial Etherenet）</p><p>　　無(wú)線通信（

70、例如：紅外線和無(wú)線電通信）</p><p>　　在西門子工業(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 Twisted pair）以及光纖。 </p><p><b>　　（2）網(wǎng)絡(luò)部件</b></p><p>　　①工業(yè)以太網(wǎng)鏈路模塊OLM、ELM<

71、/p><p>　　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。</p><p>　　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3-1所示。</p><p>　　ELM（

72、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。如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1 工業(yè)以太網(wǎng)OLM 圖3-2 工業(yè)以太網(wǎng)ELM</p><p>　?、诠I(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)OSM、ESM</p><p>　　OSM的產(chǎn)品包括：OSM TP62、OSM TP22、OSM

73、ITP62、OSM ITP62-LD和OSM BC08。從型號(hào)就可以確定OSM的連接端口類型及數(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3-3所示。</p><p>　　ESM的產(chǎn)品包括：ESM TP40、ESM TP80和ESM ITP80，命名規(guī)則和OSM相同。圖3-4所示為ESM TP80。 </p&

74、gt;<p>　　圖3-3 OSM ITP62-LD 圖3-4 ESM TP80</p><p>　　OSM/ESM的基本功能：</p><p><b>　　提高網(wǎng)絡(luò)性能</b></p><p>　　簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)拓展</p><p><b>　　限制錯(cuò)誤幀

75、的影響</b></p><p><b>　　地址學(xué)習(xí)</b></p><p><b>　　地址刪除</b></p><p>　　設(shè)置傳輸波特率及自適應(yīng)</p><p>　　數(shù)據(jù)包的VLAN優(yōu)先權(quán)標(biāo)簽</p><p>　　OSM/ESM的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?lt;/p>

76、<p><b>　　OSM總線型拓?fù)?lt;/b></p><p>　　OSM支持總線型拓?fù)洌ㄟ^(guò)光纖接口，最多可以有50個(gè)OSM級(jí)聯(lián)在同一總線上，</p><p><b>　　如圖3-5所示。</b></p><p>　　圖3-5 OSM的以太網(wǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　1——IT

77、P標(biāo)準(zhǔn)電纜9/15 2——TP軟線9/RJ-45 3——光纜</p><p>　　OSM的環(huán)形拓?fù)?如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6 OSM的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1——光纜</b></p><p><b>　　ESM總線型拓?fù)?lt;/b></p>

78、<p>　　E5M可以通過(guò)TP/ITP電纜相連組成總線型網(wǎng)絡(luò)，任何一個(gè)端口都可以作為級(jí)聯(lián)的端口使用。兩個(gè)ESM之問(wèn)的距離不能超過(guò)100m，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以連接別50個(gè)ESM，網(wǎng)絡(luò)的最長(zhǎng)距離為5km。如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 ESM總線型拓?fù)?lt;/p><p>　　2——ITP XP標(biāo)準(zhǔn)電纜9/9 3——TP軟線9/RJ-45 4——ITP標(biāo)準(zhǔn)電纜9/15

79、</p><p>　　ESM環(huán)形拓?fù)?如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8 ESM環(huán)形拓?fù)?lt;/p><p>　　2——使用SIMATIC NET雙絞線的結(jié)構(gòu)化布線</p><p>　?、酃I(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)（ELS）</p><p>　　ELS（Electrical Lean Switch，簡(jiǎn)單電器交換機(jī)）也

80、是一種交換機(jī)設(shè)備，只有TP接口，功能比ESM/OSM簡(jiǎn)單。產(chǎn)品包括ELS TP40、ELS TP40M和ELS TP80。圖3-9所示為ELS TP40。</p><p>　　圖3-9 ELS TP40</p><p>　?、芄I(yè)以太網(wǎng)鏈路模塊OMC</p><p>　　除了交換機(jī)模塊，西門子以太網(wǎng)產(chǎn)品中的光鏈路模塊還有OMC（Optical Media Conv

81、erter，光鏈路模塊），用于通過(guò)光纖與電纜的轉(zhuǎn)換來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)距離，如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 OMC模塊</p><p><b>　　3. 通信處理器</b></p><p>　　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S7 PLC站上的處理器CP243

82、-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。</p><p>　　① S7-200系列 CP243-1是為S7-200系列設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器。通過(guò)CP243-1模塊，用戶可以很方便地將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)連接。CP243-1還可以同OPC Server進(jìn)行通信，如圖3-11所示。</p>&l

83、t;p>　　圖3-11 CP243-1模板</p><p>　　② S7-300系列 S7-300系列PLC的以太網(wǎng)通信處理器是CP 343-1系列，按照所支持的不同，可以分為CP 343-1、CP 343-1 ISO、CP 343-1 TCP、CP 343-1 IT和CP 343-1 PN，如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 CP343-1模板</p&g

84、t;<p>　　③ S7-400系列 S7-400系列PLC的以太網(wǎng)處理器是CP443-1 系列，按照所支持的不同，可以分為CP 443-1、CP 443-1 ISO、CP 443-1 TCP、CP 443-1 IT和CP 443-1 PN，如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 CP443-1模板</p><p>　?、?CP 1613通信處理器CP 161

85、3是應(yīng)用在SIMATIC PG/PC以及工作站上的以太網(wǎng)設(shè)備，支持ISO傳輸協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)ISO 8073和TCP/IP 1006。</p><p>　　CP 1613為PCI總線卡件，10/100Mbit/s自適應(yīng)?？ㄉ咸峁┝?5針的Sub-D接口，可以連接AUI/ITP設(shè)備，還提供了RJ-45接口，連接TP電纜，如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 CP 1613</p

86、><p>　　4. SIMATIC NET軟件 </p><p>　　西門子工業(yè)以太網(wǎng)的軟件是SIMATIC NET。</p><p><b>　?。?）軟件版本 </b></p><p>　　SIMATIC NET軟件版本主要包括：V6.2、V6.1、V6.0、V5.1、V5.0、V3.3、V3.0、V2.1、V2.0、V

87、1.0等。對(duì)于V6.0以上的版本SIMATIC NET提供了統(tǒng)一的Windows界面，同時(shí)也集成并更新了更多功能，例如：支持網(wǎng)卡的即插即用；安裝了所有SIMATIC NET的軟、硬件驅(qū)動(dòng)程序；增加和完善了配置及診斷工具；支持Windows NT、2000、和XP等。 </p><p>　　通過(guò)APC的組態(tài)，PC站可以同時(shí)成為工作站和工程師站，做為工作站，PC可以做為整個(gè)控制系統(tǒng)的一個(gè)站點(diǎn)同其他PLC站進(jìn)行通信

88、，同時(shí)提供了OPC Server以及數(shù)據(jù)處理功能。我們可以把PC站集成在STEP7中進(jìn)行組態(tài)，否則，NCM只能提供護(hù)PC組件的硬件庫(kù)，只能組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，不能組態(tài)PLC站。</p><p><b>　?。?）OPC </b></p><p>　　OPC是OLE for Process Control的縮寫。OLE（Object Linking Embeding，對(duì)象和嵌入）

89、本身是基于Microsoft COM技術(shù)的一種應(yīng)用，而OPC接口是基于OLE的開(kāi)放的、統(tǒng)一的軟件接口。在Microsoft的支持下，逐漸發(fā)展成為自動(dòng)化領(lǐng)域的一種工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　此外，OPC不依賴于某一個(gè)廠商，幾乎所有工控業(yè)軟、硬件都集成了OPC接口，從而使不同廠商之間的硬件設(shè)備可以通過(guò)統(tǒng)一的OPC接口進(jìn)行通信。用戶可以使用C++、VB、VBA等編程語(yǔ)言對(duì)OPC進(jìn)行訪問(wèn)，OPC業(yè)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)

90、行訪問(wèn)，從而使工業(yè)用戶的數(shù)據(jù)交換變得簡(jiǎn)單。</p><p>　?、?基本功能 OPC的基本功能是數(shù)據(jù)訪問(wèn)、故障報(bào)警和觸發(fā)事件消息。OPC是服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)，客戶端訪問(wèn)服務(wù)器的程序接口有自動(dòng)化接口（VB、VBA訪問(wèn)接口）和用戶自定義接口（C++），其中只有自定義接口可以用來(lái)訪問(wèn)事故報(bào)警和觸發(fā)事件消息。</p><p>　　OPC的數(shù)據(jù)訪問(wèn)有2種常用的方法：</p><p

91、><b>　　同步讀寫</b></p><p>　　同步讀寫是指OPC的客戶端向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)讀/寫請(qǐng)求，然后等待服務(wù)器的返回值，在在此過(guò)程中，客戶瑞不能再繼續(xù)執(zhí)行，在到服務(wù)器向客戶端返回?cái)?shù)位后，整個(gè)讀/寫過(guò)程結(jié)束，OPC才能繼續(xù)執(zhí)行下去，如圖3-15所示。</p><p><b>　　異步讀寫</b></p><p&g

92、t;　　所謂異步讀/寫是指OPC的客戶端向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)讀/寫清求，然后等待服務(wù)器的返回值，在此過(guò)程中，客戶端可以再執(zhí)行下面的程序包括發(fā)出其他的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，每個(gè)請(qǐng)求都有一個(gè)ID號(hào)。直到服務(wù)器端數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，向客戶端返回一個(gè)消息，客戶端在回調(diào)用數(shù)里處理返回值，整個(gè)讀寫過(guò)程結(jié)束，如圖3-16所示。</p><p>　　② OPC server的設(shè)置</p><p>　　安裝了SIMATIC NE

93、T后，可以對(duì)SIMATIC NET的OPC Server的設(shè)置選項(xiàng)，如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 OPC Server的設(shè)置</p><p>　　第4章 S7-200的以太網(wǎng)解決方案</p><p>　　工業(yè)以太網(wǎng)是SIMATIC NET 的重要組成部分，它作為控制級(jí)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，同單元級(jí)的PROFIBUS和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的AS Interface共同

94、組成了西門子完整的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系。</p><p>　　S7-200系統(tǒng)在西門子自動(dòng)化產(chǎn)品中屬于低端的PLC系列，由于其功能完備且小巧靈活，具有很高的性價(jià)比，因而深受國(guó)內(nèi)用戶的青睞，在同檔次產(chǎn)品中具有很高的市場(chǎng)占有率。</p><p>　　S7-200系列的PLC可以通過(guò)以太網(wǎng)模塊CP243-1及CP243-1 IT接入工業(yè)以太網(wǎng)。通過(guò)這些模板，S7-200系統(tǒng)不僅可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與S7-

95、200、S7-300或S7-400系統(tǒng)進(jìn)行通信，還可以與PC應(yīng)用程序通過(guò)OPC進(jìn)行通信。</p><p><b>　　4.1 硬件連接</b></p><p>　　S7-200 PLC站通過(guò)CP243-1與其他S7 PLC站、PC站利用網(wǎng)線及交換機(jī)等設(shè)備組成工業(yè)以太網(wǎng)，如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 S7-200的以太網(wǎng)連接&l

96、t;/p><p>　　4.2 硬件需求和軟件需求</p><p><b>　　硬件：</b></p><p>　　CP 1613/以太網(wǎng)卡</p><p>　　CP 243-1/CP 243-1（IT）/CP 443-1（IT）</p><p><b>　　PC/PPI電纜</b>

97、;</p><p>　　TP電纜、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備</p><p><b>　　軟件：</b></p><p>　　SIMATIC NET V6.2</p><p>　　SETP 7 Micro/WIN32 V3.2.1以上版本</p><p>　　SETP 7 V5.3</p><

98、;p>　　4.3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置</p><p>　　S7-200的以太網(wǎng)通信有如下幾種方式：</p><p>　　S7-200之間的以太網(wǎng)通信</p><p>　　S7-200與S7-300/400之間的以太網(wǎng)通信</p><p>　　S7-200與OPC及WinCC之間的以太網(wǎng)通信</p><p>　　S

99、7-200之間的以太網(wǎng)通信</p><p>　　S7-200之間的通信為Server/Client方式。S7-200進(jìn)行以太網(wǎng)通信時(shí)，可以作為Server端或Client端。</p><p>　　S7-200 Server端的組態(tài)</p><p>　　①打開(kāi)SETP 7 Micro/WIN32，新建一個(gè)項(xiàng)目，點(diǎn)擊右鍵選擇CPU類型。第一次組同時(shí)，由于沒(méi)有對(duì)CP 24

100、3-1分配IP地址，因而需要通過(guò)PC/PPI電纜連接至S7-200的編程口進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)分配了IP地址后，須將CP重新上電后IP地址才生效。</p><p>　　選擇“Communications”按鈕可以設(shè)置連接方式：選擇“Set PG/PC Interface”，如果連接使用串號(hào)，將訪問(wèn)點(diǎn)選擇為“Micro/WIN→PC/PPI cable（PPI）”；如果連接使用CP 5611網(wǎng)卡，則將訪問(wèn)點(diǎn)選擇為“Micr

101、o/WIN→PC/PPI cable（PPI）”，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 新建S7-200項(xiàng)目</p><p>　?、?然后，選擇菜單“Tools→Ethernet Wizard”，通過(guò)向?qū)нM(jìn)行CP 243-1的組態(tài)，如圖4-3所示。</p><p>　?、?選擇CP 243-1模板的位置。注意CPU右邊的第一個(gè)拓展模板位置為“0”。這個(gè)位置

102、也可以通過(guò)“Read Modules”讀出。然后選擇“Next”，如圖4-4所示。</p><p>　?、芙酉聛?lái)設(shè)置CP 243-1模板的IP地址：192.168.147.1，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0。連接的網(wǎng)絡(luò)速度可以選擇自適應(yīng)：“Auto Detect Communications”。如圖4-5所示。</p><p>　?、萁酉聛?lái)設(shè)置CP 243-1模板的連接數(shù)。CP 24

103、3-1模板最多可以建立8個(gè)以太網(wǎng)連接，這里設(shè)置連接數(shù)為1.然后選擇“Next”，如圖4-6所示。</p><p>　　⑥選擇本站為Server端。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文研究工作是在我的導(dǎo)師葉昊副教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從開(kāi)題伊始到論文結(jié)束，我所取得的每一個(gè)進(jìn)步、編寫的每一段程序都無(wú)

104、不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的各科知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在今后的學(xué)習(xí)工作中，我將銘記恩師對(duì)我的教誨和鼓勵(lì)，盡自己最大的努力取得更好的成績(jī)。</p><p>　　在此我要向我的導(dǎo)師葉昊副教授致以最衷心的感謝和深深的敬意！</p><p>　　在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，自動(dòng)化教研室的每位老

105、師對(duì)我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。</p><p>　　在此，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！</p><p>　　衷心感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

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