发布日期：2022/10/6

 
随着以太网技术的不断发展以及普及，使得现在的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller简称PLC)大都开始具备以太网接口用于通信用途，但是PLC基本上都是用于工业现场的控制系统，工业现场电磁环境复杂，外部环境恶劣（高温，低温，高尘等因素），并且工业控制系统对于数据通信的实时性和可靠性具有很高的要求，通信延时必须要控制在毫秒级别（民用以太网则能够容忍数秒的延时），一旦出现通信中断的情况，能够在毫秒级别的时间内启用冗余备份链路恢复通信（民用以太网一般在数秒或者数分钟之内恢复通信都不会出现问题）。综上所述，可编程逻辑控制器不能基于民用以太网进行数据通信，必须要采用工业以太网作为其通信网络。

PLC数据通信分为两种：与计算机之间的数据交换以及PLC之间的通信。其中以太网因为支持广泛，已经成为事实上的网络通信标准，并具有良好的开放性和扩展性，其已经成为PLC通信接口的标准配置。现在的工业以太网技术已经从原先的10/100M通信速率迈向千兆以太网标准，极高的通信速率也为PLC数据通信的实时性提供了技术保障。光纤技术在工业以太网中的应用使得其在工业现场抗电磁干扰能力得到了极大的提高以及使得以太网设备之间的传输距离可以达到数十公里，从而使得可以在车间现场直接构建工业以太网直接与PLC通信。通过以太网通信，任何与以太网连接并得到授权的计算机都可以与PLC进行数据交换。通过工业以太网与PLC相结合，我们可以构置全分散，全开放的工业控制系统。
综上所述，在工业现场构建以太网通信网络与在民用场所构建局域网具有很大的不同：1.工业现场环境恶劣，高温，高尘，高电磁干扰等因素严重影响网络通信的稳定性。2.对于实时性的要求非常高，要求高可靠性和极短的自恢复时间。3.网络设备电源的稳定冗余供应以及安全可靠的安装方式。交换机作为通信网络的最重要组成部分，必须要满足以上几点才可以构建稳定可靠的工业以太网通信网络。

此外，工业现场的数据通信要求与商业场合的通信要求具有很大的不同：工业控制现场的数据是连续性的小数据包，但是节点众多，汇聚在一起的话所产生的数据量就比较大，工业控制生产现在基本上都是分布式控制，PLC获取的数据以及上传的数据一般都是在其所在的生产车间或者生产组内部使用，只有少量的数据需要从外部获取或者上传至外部计算机，还有就是工业控制过程中产生的数据需要同时告知众多的其他节点，以方便其他的控制器作出相应的动作。

针对工业现场的相关需求，深圳市国科伟业通信技术有限公司生产的工业以太网交换机能够很好的满足工业现场的相关需求。在此案例中我们采用的是NIES-608-2F和NIES-608-4F两种型号。两者均为导轨式安装适应工业现场安装，带有网络管理功能，采用工业四级设计，宽温设计方案能够适应-40℃～75℃的严苛温度环境，采用高强度波纹式金属外壳，散热性好。其中NIES-608-4F带有四路光口以及四路以太网接口，而NIES-608-2F则是带有两路光口以及六路以太网接口，通过对其进行灵活配置，组合成菊花链环网拓扑结构，有效的保证整个工业以太网通信的稳定性和可靠性。其具体配置如下：

利用NIES-608-4F导轨式光纤交换机组建主干冗余环网，将该型号交换机的其中两个光纤接口手牵手菊花链方式组成单环网（假设三台A,B,C，使用四个光纤接口中的两个1，2，A1连接B2,B1连接C2,C1连接A2），主干冗余环网直接纵贯整个工厂生产现场的所有车间作为主干通信线路，交换机离散分布在各个车间内部，做到每个车间放置一台NIES-608-4F型交换机。然后在每个车间内部根据现场的实际情况，配置多台NIES-608-2F网管型工业以太网交换机。该型号的交换机每台具备两个光纤接口，同样按照菊花链的方式与NIES-608-4F的剩余两个光纤接口共同组成单环网连接通信，这样就形成了多台NIES-608-4F组成主干冗余环网贯穿整个工厂，而多台NIES-608-2F组成相应的单环网与主干冗余环网相切连接通信，交换机的以太网接口与PLC的以太网接口相连接实现全双工通信。具体连接可以参照连接示意图。

通过采用NIES-608-4F型光纤交换机和NIES-608-2F型工业以太网交换机的多层灵活配置，在每个生产车间配置一个光纤冗余环网组成局域网，车间内部的PLC通过该局域网进行内部通信，大多数通信数据都在局域网内流通，由于某个车间内部的PLC数量相对来说较少，整个环网的数据流量不会太大，采用百兆的带宽足够系统使用。而与局域网外部的PLC或者计算机进行数据交换则利用主干冗余环网进行通信，由于车间内部的PLC以及计算机与外部交换的数据相对较少，整个主干冗余环网的数据流量相对来说也是不大，采用百兆的带宽也是足够整个系统使用。由于将整个工业控制网络划分为多个局域网，划分了广播域，有效的抑制广播风暴。且某个冗余环网一旦某个节点出现问题，由于环网中的交换机数目比较少，冗余环网的自愈时间相对来说也比较短。