SIMATIC工业以太网硬件优化方案

典型的工业以太网由以下网络器件组成：

1）连接部件，包括FC快速连接插座、电气链接模块（ELM）、电气交换模块ESM）、光纤交换模块（OSM）和光纤电气转换模块（MC TP11）。

2）通信媒体可以采用普通双绞线、快速连接双绞线、工业屏蔽双绞线和光纤。

3）CPU集成的PN接口和工业以太网通信处理器用于将PLC连接到工业以太网。

4）PG/PC的工业以太网通信处理器用于将PG/PC连接到工业以太网。

工业以太网的网络结构、组网方法、网络元件的参数和选型见随书光盘“通信手册”文件夹中的“工业通讯产品目录2011”。

1.交换技术与全双工模式

实时以太网通过采用交换机和全双工通信，解决了CSMA/CD机制带来的冲突问题。

在共享局域网（LAN）中，所有站点共享网络性能和数据传输带宽，所有的数据包都经过所有的网段，同一时刻只能传送一个报文。

在交换式局域网中，用交换模块将一个网络分为若干个网段，在每个网段中可以分别同时传输一个报文，每个网段都能达到网络的整体性能和数据传输速率。本地数据通信在本网段内进行，只有指定的数据包可以超出本地网段的范围，从而降低了各网段和主干网的网络负荷。利用交换技术易于扩展网络的规模，并且可以限制子网内的错误在整个网络上的传输。

交换机可以同时处理不同网段之间的多个数据包，在通信设备之间建立多个动态连接，实现并行数据交换。使用具有全双工功能的交换机，在两个节点之间可以同时发送和接收数据，消除了冲突的可能，全双工以太网的数据传输速率增加到200 Mbit/s。

具有自适应功能的网络站点（终端设备和网络部件）能自动检测出信号传输速率10 Mbit/s或100 Mbit/s），自适应功能可以实现所有以太网部件之间的无缝互操作性。

自协商是高速以太网的配置协议，该协议使有关站点在数据传输开始之前就能协商，以确定它们之间的数据传输速率和工作方式，例如全双工或半双工。

2.电气交换模块与光纤交换模块

电气交换模块（ESM）与光纤交换模块（OSM）用来构建10Mbit/s/100Mbit/s交换网络，能低成本、高效率地在现场建成具有交换功能的线性结构或星形结构的工业以太网。级联深度和网络规模仅受信号传输时间的限制，使用ESM，可以使网络总体规模达5km。使用OSM，网络长度可达150km。

可以将网络划分为若干个部分或网段，并将各网段连接到ESM或OSM上，这样可以分散网络的负担，实现负载解耦，改善网络的性能。利用ESM或OSM的网络冗余管理器，可以构建环形冗余工业以太网。

3.交换机

1）SCALANCE X005是非网络管理型交换机，有5个RJ-45接口，价格低廉。

2）SCALANCE X-100系列是非网络管理型交换机，带有冗余电源和信号触点。(www.xing528.com)

3）SCALANCE X-200系列是网络管理型交换机，可以用于环形冗余网。

4）SCALANCE X-200IRT是网络管理型交换机，可以用于具有严格的实时要求的网络。

6）SCALANCE X-300是网络管理增强型千兆交换机。

7）SCALANCE X-400是高性能模块化的千兆交换机，可扩展。

如果在系统的快速性和冗余控制方面没有什么要求，现场环境较好，工业以太网可以使用普通的交换机和普通的网卡，反之则应选用西门子公司的交换机和网卡。

4.S7-300/400的工业以太网通信处理器

1）CP 343-1是用于S7-300的全双工以太网通信处理器，通信速率为10Mbit/s或100Mbit/s。通信服务包括PG/OP、TCP/IP、ISO、UDP、S7通信（可作客户机和服务器）、开放式通信、S7路由、高级Web诊断，支持PROFIenergy功能和时钟同步等。有的可以作PROFINET IO控制器，有的还可以作IO设备。具体的功能与CP的订货号和固件版本号有关。CP343-1 Lean是CP343-1的简化版。

2）CP 343-1 Advanced-IT除了具有CP 343-1的功能，还有IT通信功能（见8.1.1节）。

3）CP 443-1的功能与CP 343-1基本上相同，有15针的ITP/AUI接口和RJ 45接口。可以实现冗余通信，有时钟同步功能。

4）CP 443-1 Advanced-IT的功能与CP 343-1 Advanced-IT基本上相同，此外集成了4端口的RJ-45交换机。

5.用于PC的工业以太网通信处理器

西门子的工业以太网通信卡CP 1612 A2和CP 1613 A2使用PCI总线，CP 1623和CP 1628使用PCIe总线。CP 1613 A2和CP 1623可用于冗余系统。

6.带PROFINET接口的CPU

CPU的型号中带PN的都有一个集成的PROFINET接口，可以作PROFINET IO控制器，支持PROFINET CBA（基于组件的自动化），还可以作CBA的DP智能设备的PROFINET代理服务器。支持S7通信，集成了Web服务器。通过TCP/IP、Iso-on-TCP和UDP协议，可进行开放的IE通信。具体的功能与CPU的订货号和固件版本号有关。

7.冗余系统

冗余系统用于减少停机时间，系统中重要的自动化组件（例如CPU、网络和CP等）都有备份。在双绞线电缆连接的冗余环中（见图8-2），SCALANCE X400交换机作为冗余管理器。如果网络中的某个组件（例如电缆）发生故障，冗余管理器将使备用（冗余）的连接路径自动接管通信任务，连接不会中断。

图8-2 工业以太网中的电气环型冗余