工业以太网概述

工业以太网（Industrial Ethernet，IE）是遵循国际标准IEEE 802.3的开放式、多供应商、高性能的区域和单元网络。工业以太网已经广泛地应用于控制网络的最高层，并且越来越多地在控制网络的中间层和底层（现场设备层）使用。

西门子的工控产品已经全面地“以太网化”，S7-300/400的各级CPU和新一代变频器SINAMICS的G120系列、S120系列都有集成了PROFINET以太网接口的产品。新一代小型PLC S7-1200、S7-200 SMART、大中型PLC S7-1500、新一代人机界面精智系列、精简系列和精彩系列都有集成的以太网接口。分布式I/O ET 200 SP、ET 200S、ET 200MP、ET 200M、ET 200Pro、ET 200eco PN和ET 200AL都有PROFINET通信模块或集成的以太网通信接口。

工业以太网采用TCP/IP协议，可以将自动化系统连接到企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Extranet）和因特网（Internet），实现远程数据交换。可以实现管理网络与控制网络的数据共享。通过交换技术可以提供实际上没有限制的通信性能。

1.SIMATIC工业以太网的特点

1）10M/100M bit/s自适应传输速率，最多1024个网络节点，网络最大范围为150km。

2）可以用于严酷的工业现场环境，用标准导轨安装，抗干扰能力强。能方便地组成各种网络拓扑结构，可以采用冗余的网络拓扑结构。

3）可以通过以太网将自动化系统连接到办公网络和国际互联网（Internet），实现全球性的远程通信。用户可以在办公室访问生产数据，实现管理-控制网络的一体化。不需要专用的软件，可以用IE浏览器访问控制终端的数据。

4）如果采用交换技术和全双工模式，数据传输速率加倍，可以完全消除冲突。

5）网络发生故障时（例如断线或交换机故障），可以迅速地实现故障的定位和诊断，网络的重构时间小于0.3s。

2.TP电缆与RJ-45连接器

西门子的工业以太网可以采用双绞线、光纤和无线方式进行通信。

TP Cord电缆是8芯的屏蔽双绞线，直通连接电缆两端的RJ-45连接器采用相同的线序，用于PC、PLC等设备与交换机（或集线器）之间的连接。交叉连接电缆两端的RJ-45连接器采用不同的线序，用于直接连接两台设备（例如PC和PLC）的以太网接口。

西门子交换机采用自适应技术，可以自动检测线序，连接西门子交换机时可以采用上述的任意一种连接方式。

3.快速连接双绞线

快速连接双绞线（Fast Connection Twist Pair，FC TP）是一种4芯电缆。使用专用的剥线工具，一次就可以剥去电缆外包层和编织的屏蔽层，连接长度可达100m。

通过导线和IE FC RJ-45接头上的透明接点盖上的彩色标记，可以避免接线错误（见图8-1）。将双绞线按接头上标记的颜色插入连接孔，可以快速、方便地将数据终端设备（DTE）连接到以太网上。

4.工业双绞线ITP

图8-1 快速连接电缆

使用预装有9针或15针Sub-D插头的工业双绞线（Industry Twist Pair，ITP）标准电缆，可以连接某些通信处理器（CP）的ITP接口，进行牢固的连接，适合于现场恶劣的环境，最长传输距离为100m。ITP电缆已逐渐被FC TP电缆代替。(www.xing528.com)

5.光纤

光纤（FOC）通过光学频率范围内的电磁波，沿光缆无辐射传输数据，不受外部电磁场的干扰，没有接地问题，重量轻、容易安装。光缆的传导芯是一种低衰减的光学透明材料，包裹在一层保护套内。即使线缆被弯曲，光束也能在芯体和周围材料之间，通过完全反射来传输。有两种不同类型的光缆，标准玻璃光缆可以在室内和室外使用；拖曳式玻璃光缆还可以用于需要移动的应用场合。

6.中继器和集线器

中继器又称为转发器，用来增加网络的长度。中继器仅工作在物理层，对同一协议的相同或不相同的传输介质之间的信号进行中继放大和整形。共享式集线器（Hub）是多端口的中继器。它们将接收到的信号进行整形和中继，不加区别地广播输出，传送给所有连接到中继器或集线器的站点。它们不对接收到的报文进行过滤和负载隔离，不会干扰通信，不能解决以太网的冲突问题。它们只能在一个冲突域内使用。

7.交换机和网桥

交换机是工作在物理层和数据链路层的智能设备。工业以太网采用星形网络拓扑结构，用交换机将网络划分为若干个网段，交换机之间通过主干网络进行连接。互连不同体系的局域网的交换机称为网桥，例如PROFIBUS的DP/PA耦合器就是一种网桥。

交换机和网桥可以对报文进行存储、过滤和转发，有一定的自学习能力，自动记录端口所有设备的MAC地址。在一个完整的交换网络中，整个网络只有交换机和通信节点，没有集线器。节点之间的数据通过交换机转发。单个站出现故障时，仍然可以进行数据交换。

8.路由器

路由器是在网络层存储转发数据帧的设备，支持不同的网络协议，在进行异构网络的互联时，实现网络协议的转换。它适用于大规模网络和复杂的拓扑结构，路由器最重要的功能是实现路由选择，可以实现负载共享和最优路径，提高安全性，隔离不需要的通信量，节约局域网的频宽，减少主机的处理工作量。

9.网关

网关是不同协议之间的转换设备，网关设备需要理解双方协议的全部含义，并对报文进行转换。网关可以提供防火墙和代理服务器等安全机制。网关包含用于连接不同网络的硬件和软件，可以对OSI参考模型所有7层进行完全的协议转换。

10.IT通信服务

SIMATIC通信网络通过工业以太网将IT（Information technology，信息技术）功能集成到控制系统。CP 443-1 Advanced-IT和CP 343-1 Advanced-IT有IT通信服务功能，下面将它们称为有IT通信功能的CP。

（1）FTP服务

使用FTP（文件传输协议）可实现PLC之间、PLC与PC之间的高效文件传输。有IT功能的CP既可以作FTP服务器，也可以作FTP客户机。

（2）电子邮件服务

有IT通信功能的CP通过SMTP（简单邮件传输协议），可以在工业以太网上发送包含过程信息的电子邮件，发送邮件时可以带附件，但是不能接收电子邮件。

（3）SNMP服务

SNMP（简单网络管理协议）是以太网的一种开放的标准化网络管理协议。网络管理包括监视、控制和组态网络节点的所有功能。网络管理可以防止有SNMP功能的网络节点组成的网络发生故障，以确保网络的高质高效。