网络架构分析

前言 (2)

1 目的 (3)

2 适用范围 (3)

3 规范性引用文件 (3)

4 术语和定义 (3)

5 网络架构分析 (3)

5.1 常见网络形式特点及应用 (3)

5.2 网络架构搭建及网络拓扑形式 (5)

6 文件更改状态 (11)

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

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。

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。

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IEEE802.3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。

5.1.2Profinet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 CBA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。

5.1.3Profibus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，我们也可以使用中继器等设备来延长其传输距离可达10km。

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

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。

5.2.2Profinet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