西门子SCALANCEX工业网络通信技术详解

下面将详细描述SCALANCE X系列交换机的特点：

1.SCALANCE X-005入门级交换机及XB经济型交换机

工业以太网X-005入门级交换机与XB经济型交换机非网管型的交换机。此产品价格低廉，在机器或设备岛中可构建具有交换功能的小型星形结构或线形结构。SCALANCE X-005的金属机身（IP30）坚固，小巧，适用于安装在控制柜中，标准安装轨道上，S7-300上，或者直接安装在墙壁上。SCALANCE XB系列产品采用更加经济的塑料外壳，并提供更多的接口类型选择。设备提供如下型号：

■SCALANCE X-005：配置5个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE XB008：配置8个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE XB004-1：配置4个10/100Mbit/s电口和1个百兆多模光口（SC）。

■SCALANCE XB004-1LD：配置4个10/100Mbit/s电口和1个百兆单模光口（SC）。

■SCALANCE XB005G：配置5个10/100/1000Mbit/s电口。

■SCALANCE XB008G：配置8个10/100/1000Mbit/s电口。

■SCALANCE XB004-1G：配置4个10/100/1000Mbit/s电口和1个千兆多模光口（SC）。

■SCALANCE XB004-1LDG：配置4个10/100/1000Mbit/s电口和1个千兆单模光口（SC）。

SCALANCE X005及XB系列产品具有如下特点：

1）通过LED进行设备诊断（电源、链路状态、数据通信）

2）配有固定保护的RJ45端口，专门为符合PROFINET标准要求的工业以太网连接插头设计，IE FC RJ45插口，有去除应力和扭力的功能；

3）集成的Auto-Crossing功能，可使用非交叉电缆；

4）数据传输速率的自动检测和协商功能。

2.SCALANCE X-100非网管型的交换机

SCALANCE X-100系列为非网管型交换机，最多有24个电口，最适合用于总线型和星形网络结构组态（10/100 Mbit/s），以太网及相关设备应用的现场诊断。坚固精巧的金属外壳适用于工业现场环境，安装在控制柜内时可节省空间。SCALANCE X-100交换机可被用做电气和电气/光纤两种形式，当它们加入进网络时，可实现光纤和电气的相互转换。

SCALANCE X-100有下面几种型号可供使用：

■SCALANCE X108：配置8个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE X116：配置16个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE X124：配置24个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE X104-2：配置4个10/100Mbit/s电口和2个百兆光口（BFOC）。

■SCALANCE X106-1：配置6个10/100Mbit/s电口和1个百兆光口（BFOC）。

■SCALANCE X112-2：配置12个10/100Mbit/s电口和2个百兆光口（BFOC）。

SCALANCE X100具有如下特点：

1）通过LED（电源、链路状态、数据通信）和信号触点进行设备诊断；

2）电源冗余；

3）配有固定保护的RJ45端口，专门为符合PROFINET标准要求的工业以太网连接插头设计，IE FC RJ45插口，有去除应力和扭力的功能；

4）集成的Auto-Crossing功能，可使用非交叉电缆；

5）数据传输速率的自动检测和协商功能。

3.SCALANCE X-200网管型交换机

SCALANCE X-200系列网管型交换机最适合用于总线型和星形结构（10/100 Mbit/s）的以太网。SCALANCE X-200壳身设计紧凑，安装进控制柜时节省空间，功能强大可轻松扩展网络。

SCALANCE X-200当作为冗余管理器与SCALANCE X-400/X-200IRT或OSM/ESM组合时，实现了环形冗余，因此它提供了高效网络可靠性。

利用C-PLUG卡，即使没有编程设备，设备也可以被快速更换；可以确保在不需过多的专业知识的情况下将C-PLUG中的配置和数据的应用程序传输到另一台SCALANCE X-200交换机上。SCALANCE X-200交换机系列产品可以集成到STEP7中满足PROFINET标准的过程和系统诊断功能。

SCALANCE X-200交换机有电气和电气/光纤两种形式，当设备加到网络中后，便可实现电气和光纤的转换。SCALANCE X-200有下面几种型号可供使用：

■SCALANCE X208/XF208：配置8个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE X208PRO：配置8个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE XF204：配置4个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE X204-2/X204-2LD/XF204-2：配置4个10/100Mbit/s电口和两个百兆光口。

■SCALANCE X206-1/X206-1 LD/XF206-1：配置6个10/100Mbit/s电口和1个百兆光口。

■SCALANCE X212-2/X212-2LD：配置12个10/100Mbit/s电口和两个百兆光口。

■SCALANCE X216：配置16个10/100Mbit/s电口。

■SCALANCE X224：配置24个10/100Mbit/s电口。

SCALANCE X-200具有如下特点：

1）通过LED（电源、链路状态、数据通信）和信号触点进行设备诊断；

2）电源冗余；

3）配有固定保护的RJ45端口，专门为符合PROFINET标准要求的工业以太网连接插头设计，IE FC RJ45插口，有去除应力和扭力的功能；

4）结构紧凑；

5）集成Auto-Crossing的功能，可使用非交叉电缆；

6）数据传输速率的自动检测和协商功能；

7）通过信号触点，SNMP，Web浏览器和PROFINET IO监控功能进行远程诊断；

8）支持PROFINET RT通信，可在STEP 7中集成配置和诊断功能；

9）通过SNMP来实现网络交换机的管理；

10）自动E-mail发送功能；

11）使用C-PLUG交换介质可使设备快速被更换；

12）支持冗余环网，可做冗余管理器。

4.SCALANCE X-200IRT网管型交换机

这款SCALANCE X-200IRT交换机可用于配置等时实时同步网络，一个网络就可以承受大量的实时数据通信和标准数据通信（TCP/IP），从而避免了双重基础架构的需要。

具有50台交换机的情况下，高速冗余功能实现了快速的恢复响应时间（低于0.3s）。

使用SCALANCE X-200-IRT交换机可组建环形冗余结构和并且与其他SCALANCE X进行环网冗余。SCALANCE X-200IRT交换机有电气和电气/光纤两种形式。

SCALANCE X-200 IRT有下面几种型号可供使用：

■SCALANCE X204IRT：配置4个电口。

■SCALANCE X201-3PIRT：配置一个电口和3个光口（POF/PCF）。

■SCALANCE X200-4P IRT：配置4个光口（POF/PCF）。

■SCALANCE X202-2IRT/X202-2P IRT：配置2个电口和2个光口（BFOC或POF/PCF）。

SCALANCE X-200 IRT具有如下特点：

1）通过LED（电源、链路状态、数据通信）和信号触点进行设备诊断；

2）电源冗余；

3）配有固定保护的RJ45端口，专门为符合PROFINET标准要求的工业以太网连接插头设计，IE FC RJ45插口，有去除应力和扭力的功能；

4）结构紧凑；

5）集成Auto-Crossing的功能，可使用非交叉电缆；

6）数据传输速率的自动检测和协商功能；

7）通过信号触点，SNMP，Web浏览器和PROFINET IO监控功能进行远程诊断；

8）支持PROFINET IRT通信，可在STEP 7中集成配置和诊断功能；

9）通过SNMP来实现网络交换机的管理；

10）自动E-mail发送功能；

11）使用C-PLUG交换介质可使设备快速被更换；

12）支持冗余环网，可做冗余管理器；

13）支持环网间冗余。

5.SCALANCE X-300增强网管型工业以太网交换机

SCALANCE X-300交换机系列的千兆以太网交换机适用于构建总线型、环形和星形结构（10/100/1000 Mbit/s）的高效能以太网。可灵活构建光纤和/或电气网络，SCALANCE X-300交换机可产生高效的网络可靠性，由于支持冗余环形网络结构，集成有冗余管理器，并支持冗余电源供电。

在C-PLUG卡帮助下，即便没有编程器，设备也可以快速更换。可以保证无需有过专业的操作知识下使用C-PLUG传输原有的配置和数据应用程序到另一台交换机上。SCALANCE X-300交换机之间可以建立千兆以太网连接。

SCALANCE X-400交换机可与之理想的配合，例如，处理诸如PCS7控制系统。可存在以下的网络拓扑和拓扑的组合：

1）具有高速介质冗余的千兆以太环网；为了防止传输链路或者交换机发生故障，多达50个SCALANCE X-300交换机首尾连接成一个环网内，使用多模光纤可组成一个总共长达150km的线路，或者使用单模光纤可组成一个总共长达1300 km的线路，在使用长距离光纤时更可达到总长3500km的线路。当环形网内一个传输路径或者SCALANCE X-300交换机发生故障，传输路径可在0.3s内重构。

2）采用SCALANCE X-300交换机的星形结构：每个SCALANCE X-300交换机可通过电口或者光口与多达10个节点或子网相连。

3）连接双绞线的数据终端，网段速度为10/100/1000 Mbit/s级。

SCALANCE X-300有下面几种型号可供使用：

■SCALANCE X310：配置3个千兆电口和7个快速以太网电口。

■SCALANCE X310FE：配置10个快速以太网电口。

■SCALANCE X308-2/X308-2LD：配置1个千兆电口、7个快速以太网端口和2个千兆光口（含有SC插座）。

■SCALANCE X308-2LH/LH＋：配置1个千兆电口、7个快速以太网电口和2个千兆长距离光口（含有SC插座）。

■SCALANCE X307-3/X307-3LD：配置7个快速以太网端口和3个千兆光口（含有SC插座）。

■SCALANCE X306-1LDFE：配置6个快速以太网端口和1个百兆单模光口（含有SC插座）。

■SCALANCE X320-1FE：配置20个快速以太网端口和1个百兆光口（含有SC插座）。

■SCALANCE X320-3LDFE：配置20个快速以太网端口和3个百兆光口（含有SC插座）。

■SCALANCE X308-2M：配置4个千兆电口及两个模块插槽。

■SCALANCE X307-2EEC：配置2个千兆电口，2个百兆光口和5个百兆电口符合IEC61850-3规范。

■SCALANCE X302-7EEC：配置2个千兆电口，7个百兆光口，符合IEC61850-3规范。

■SCALANCE XR324-12M：无接口，配置12个模块插槽。

■SCALANCE XR324-4M：配置4个千兆电口及4个模块插槽，符合IEC61850-3规范。

SCALANCE XR300作为模块化的交换机，可以插入扩展模块扩展端口，或者插入介质模块转换电气连接到光纤连接。其模块可同时使用在X308-2M中。介质模块类型如下：

■MM992-2CuC：可扩展2个千兆以太网电口，带有防护挡板。

■MM992-2Cu：可扩展2个千兆以太网电口，无挡板。

■MM991-2：可扩展2个百兆光口，可选接口类型（ST/SC），有效传输距离3km。

■MM991-2LD：可扩展2个百兆光口，可选接口类型（ST/SC），有效传输距离26km。

■MM991-2LH＋：可扩展2个百兆光口，SC接口，有效传输距离70km。

■MM992-2：可扩展2个千兆光口，SC接口，有效传输距离750m。

■MM992-2LD：可扩展2个千兆光口，SC接口，有效传输距离10km。

■MM992-2LH：可扩展2个千兆光口，SC接口，有效传输距离40km。

■MM992-2LH＋：可扩展2个千兆光口，SC接口，有效传输距离70km。

■MM992-2ELH：可扩展2个千兆光口，SC接口，有效传输距离120km。

■MM992-2SFP：可扩展SFP插槽，通过SFP接插件提供更加灵活的接口类型组合。

SCALANCE X-300/XR300具有如下特点：

1）通过LED（电源、链路状态、数据通信）和信号触点进行设备诊断；(www.xing528.com)

2）电源冗余；

3）配有固定保护的RJ45端口，专门为符合PROFINET标准要求的工业以太网连接插头设计，IE FC RJ45插口，有去除应力和扭力的功能；

4）集成的Auto-Crossing功能，可使用非交叉电缆；

5）数据传输速率的自动检测和协商功能；

6）通过信号触点，SNMP，网络浏览器和PROFINETIO诊断功能可进行远距离诊断；

7）支持PROFINET RT通信，可以集成在SIMATIC STEP 7中的组态和诊断功能；

8）通过SNMP管理交换机；

9）自动E-mail发送功能；

10）用于简单更换设备的C-PLUG交换介质；

11）支持组播和广播限制；

12）通过对VLAN的支持，可集成在企业安全策略（Enterprise Security Policies）中；

13）IGMP Snooping和IGMP Query支持组播过滤和限制；

14）与OSM，ESM和ELS的SCALANCE X产品相兼容，保护原有投资；

15）支持冗余环形网络，可做冗余管理器；

16）支持环网间冗余。

6.SCALANCE X-400模块化工业以太网交换机

产品系列SCALANCE X-400的模块化交换机是适合为高性能网络建立总线型，星形和环形结构（10/100/1000 Mbit/s）的工业以太网络交换机。

灵活构建电气或光纤工业以太网；网络拓扑结构、端口类型以及数量都可很容易地适配不同的网络结构。具有高度的网络可靠性，支持冗余环型网络结构，集成有冗余管理器，具有冗余电源供电并且可在运行过程中交换和扩展介质模块。

通过插入式C-PLUG卡，可在没有编程器时更换设备，配置数据或者应用数据安全地保存在C-PLUG中，而且即使没有专业知识这些设置还可简单地通过将C-PLUG卡传送到更换的SCALANCE X-400中。

■高速以太网和具有高速介质冗余的千兆以太环网；为了防止传输链路或者交换机发生故障，多达50个SCALANCE X-400交换机连接成一个环网内，使用多模光纤可组成一个总共长达150km的线路，或者使用单模光纤可组成一个总共长达1300 km的线路，在使用长距离光纤时更可达到3500km的线路。当环状网内一个传输路径或者SCALANCE X-400交换机发生故障时，传输路径可在0.3s内重构。

■SCALANCE X-400支持环型网结构的冗余连接，可以使用快速生成树冗余连接到公司网络。

■采用SCALANCE X-400交换机的星形结构，每个SCALANCE X-400交换机可通过电口或者光口与多达26个节点或子网相连。

■连接双绞线的数据终端，网段速度为10/100/1000 Mbit/s。

SCALANCE X-400交换机有下面几种型号可供使用：

■SCALANCE X408-2：配置4个千兆端口和4个快速以太网端口。

■SCALANCE X414-3：配置2个千兆电气或者光口，12个快速以太网端口和4个可选的快速以太网光口（BFOC）。

它们的特点如下：

1）通过LED（电源、链路状态、数据通信）和信号触点进行设备诊断；

2）电源冗余；

3）配有固定保护的RJ45端口，专门为符合PROFINET标准要求的工业以太网连接插头设计，IE FC RJ45插口，有去除应力和扭力的功能；

4）集成的Auto-Crossing功能，可使用非交叉电缆；

5）数据传输速率的自动检测和协商功能；

6）通过信号触点，可以使用SNMP，Web浏览器和PROFINET IO监控功能进行远程诊断；

7）支持PROFINET RT通信，集成在SIMATIC STEP 7中的组态和诊断功能；

8）通过SNMP管理交换机；

9）自动E-mail发送功能；

10）用于简单更换设备的C-PLUG卡；

11）支持祖播和广播限制；

12）通过对VLAN的支持，可集成在企业安全策略（Enterprise Security Policies，ESP）中；

13）协议IGMP Snooping和IGMP Query支持组播过滤和限制；

14）与带有OSM，ESM和ELS的SCALANCE X产品相兼容，保护投资；

15）Layer 3路由功能（SCALANCE X414-3E）；

16）支持冗余环型网络，可做冗余管理器；

17）支持环网间冗余。

SCALANCE X-400作为模块化的交换机，可以插入扩展模块扩展端口，或者插入介质模块转换电气连接到光纤连接。扩展模块如下：

■EM495-8：可扩展SCALANCE X414-3E的12、13号槽位，带有8个双绞线端口（RJ45接口），传输速率为10/100 Mbit/s；可将SCALANCE X414-3E的12个内置快速太网RJ45端口扩展为20个。

■EM496-4：带有4个介质模板插槽，可扩展SCALANCE X414-3E的12、13、14、15号槽位，可插入4个带有2个百兆光纤接口的介质模块。

■MM491-2：2个光纤端口（ST/BFOC接口），传输速率为100 Mbit/s，对于多模光纤，距离最远为3km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的6、7号槽位，扩展的12、13、14、15号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM491-2LD：2个光纤端口（ST/BFOC接口），传输速率为100 Mbit/s，对于单模光纤，距离最远为26km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的6、7号槽位，扩展的12、13、14、15号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM491-2LH＋：2个光纤端口（SC），传输速率为100 Mbit/s，对于单模光纤，距离最远为70km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的6、7号槽位，扩展的12、13、14、15号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM492-2：2个光纤端口（SC接口），传输速率为1 Gbit/s，对于多模光纤，距离最远为750m（使用的是SIMATIC NET 50/125 μm光纤）。可安装在SCALANCE X414-3E底板的5号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM492-2LD：2个光纤端口（SC接口），传输速率为1 Gbit/s，对于单模光纤，距离最远为10km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的5号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM492-2LH：2个光纤端口（SC接口），传输速率为1 Gbit/s，对于单模光纤，距离最远为40km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的5号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM492-2LH＋：2个光纤端口（SC接口），传输速率为1 Gbit/s，对于单模光纤，距离最远为70km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的5号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

■MM492-2LH＋：2个光纤端口（SC接口），传输速率为1 Gbit/s，对于单模光纤，距离最远为120km。可安装在SCALANCE X414-3E底板的5号槽位和SCALANCE X408-2底板的5、6号槽位。

现有的网络拓扑，例如由工业以太网交换机ELS（简约型交换机），OSM（光纤交换机）和ESM（电气交换机）构成的网络，用SCALANCE X组件很容易扩展。SCALANCE X产品线种类很多，功能全面。已有的百兆级数据端口或者使用百兆级高速以太网的子网很容易被集成到新的网络结构中，如图4-9所示。

图4-9 典型SCALANCE网络拓扑

目前，由于交换机SCALANCE X14-3E具有西门子工业交换机具有的全部的功能，在下面章节组态举例中，着重阐述SCALANCE X414-3E，使用目前最新V3.4.0的Fireware来进行组态，帮助用户快速的理解和掌握SCALANCE X的应用。

7.SCALANCE X-500核心交换机

SCALANCE XR-500，作为工业以太网交换机，具有强大的金属外壳设计，优化的电源模块（85至264 V AC）。2针端子信号输出可进行直接有效的故障输出。LED指示灯显示状态信息（电源，链路状态，数据通信，供电等）。专有的Select/Set按钮提供了简单的故障信号设置。具备专有的设置端口（串行端口）和远程管理（以太网接口）端口。如图4-10所示。

具备三层功能的工业以太网核心级交换机SCALANCE XR-500为完全模块化、高性能，符合高端行业标准。安装方式为19”机架式，可灵活地配置电气和光纤接口，并组态各种复杂冗余的网络拓扑结构，传输速率高达10Gbit/s。

4光口（10 Gbit/s）和多达48个电气/光纤接口（10/100/1000 Mbit/s），可灵活配置多达12个PoE电气接口，多达12个电气或光纤4端口介质模块。较低的端口密度进一步提高系统的可靠性。具备完整的网络扩展灵活性、转换和性能提升（如从千兆到万兆）。

常用介质模块集成4个端口，如图4-11所示。

图4-10 SCLANCE X-500核心交换机

图4-11 SCLANCE X-500介质模块

1）电气介质模块，4个10/100/1000 Mbit/s的RJ45端口。

•MM992-4CUC有保护护套；

•MM992-4Cu无保护护套。

2）PoE电介质模块，4个10/100/1000 Mbit/s的PoE RJ45端口。

•MM992-4PoEC有保护护套；

•MM992-4PoE无保护护套；

光纤介质模块，4×100 Mbit/s；

•MM991-4

多模光纤端口，最大传输距离为5km

•MM991-4LD

单模光纤端口，最大传输距离为26 km

3）光学介质模块，4×1000 Mbit/s的端口。

•MM992-4

多模光纤端口，最大传输距离为750m

•MM992-4LD

单模光纤端口，最大传输距离为10 km

•MM992-4SFP

SFP插件

4）SFP光收发器。

•SFP991-1

多模光纤，最大传输距离为5 km

•SFP991-1LD

单模，最大传输距离为26 km

•SFP991-1LH＋

单模，最大传输距离为70 km

•SFP992-1

多模，最大为750 m

•SFP992-1LD

单模，最大为10 km

•SFP992-1LH

单模，最大为40 km

•SFP992-1LH＋

单模，最大为70 km

•SFP992-1ELH

单模，最大为120 km

SCLANCE X-500集成所有支持企业网络的IT标准功能（如：VLAN、IGMP-Snooping/Querier、STP/RSTP/MSTP、链路聚合、QoS机制、802.1X、静态路由、RIP、OSPF、VR-RP，可基于IPv4/IPv6），完全实现了无缝集成到现有的自动化网络。集成PROFINET诊断，支持Web浏览、CLI和SNMP。

图4-12 SCLANCE X-500插拔示意

网络扩展有较强的灵活性（例如，支持更多的设备、更高的传输速率、PoE端口）或转换（例如，从电气到光纤接口）。支持KEY PLUG功能，可直接加装三层交换功能（IP路由）。所有端口模块支持在线插拔功能，如图4-12所示。

可建立高可用性的网络，通过：

1）冗余电源；

2）冗余网络拓扑结构（RM、STANDBY、STP/RSTP/MSTP、VRRP）；

3）易于备件更换，使用可插拔的、内置的C-PLUG/KEY-PLUG。

应用范围：

SCALANCE XR-500非常适合于工业级核心网络，可以集成到一个现有的企业网络。从控制层直到管理层，核心交换机均有良好的运用，提供系统高可用性，同时提供丰富的诊断功能和高速通信。基本单元的可扩展性和可选的三层交换特性使网络被建立后，可随时修改和扩展，以专门用于特定的应用。构建环形拓扑结构，通信速率高达10 Gbit/s。无论电气或光纤链路，故障通信恢复标称时间为50ms。