工業交換機也稱作工業以太網交換機,即應用于工業控制領域的以太網交換機設備,由于采用的網絡標準,其開放性好、應用廣泛以及價格低廉、使用的是透明而統一的TCP/IP協議,以太網已經成為工業控制領域的主要通信標準。
工業交換機具有電信級性能特征,可耐受嚴苛的工作環境。產品系列豐富,端口配置靈活,可滿足各種工業領域的使用需求。
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更新時間:2018-08-07 14:47:37瀏覽次數:430
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西門子6GK交換機中國代理商
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300系列產品概述
功能強大,結構緊湊并且經濟
SIMATIC S7- 300通用控制器可以節省安裝空間并且具有模塊化設計的特點。
大量的模塊可根據手頭的任務被用于擴展集中系統或創建分散結構的系統,并促進備件成本效益的經濟性。憑借其令人印象深刻的創新系列,SIMATIC S7 -300通用控制器成為了一個可以有效節省用戶額外投資和維護成本的綜合系統。
高超的通訊能力和強大的集成接口使SIMATIC S7-400成為極適合諸如對整個系統進行協調的較大任務過程控制器的理想選擇。CPU的分級使得性能的可擴展成為可能。
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SIEMENS 可編程控制器
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SIEMENS 數控 伺服
SINUMERIK:801、802S 、802D、802D SL、810D、840D、611U、S120
系統及伺報電機,力矩電機,直線電機,伺服驅動等備件銷售。
由于工業環境對工業控制網絡可靠性能的超高要求,工業以太網的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余(RSTP)、環網冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM),都有各自不同的優勢和特點,控制工程師們可以根據自己的要求進行選擇。為了更好地幫助大家了解和學習工業以太網冗余技術的特點,讓我們首先回顧以下以太網設備的發展過程 。
-一個典型的工業以太網絡環境,有以下三類網絡器件:
網絡部件
連接部件
FC 快速連接插座
ELS(工業以太網電氣交換機)
ESM(工業以太網電氣交換機)
SM(工業以太網光纖交換機)
MC TP11(工業以太網光纖電氣轉換模塊)
通信介質
普通雙絞線,工業屏蔽雙絞線和光纖
PLC控制器上的工業以太網通訊處理器。用于將PLC連接到工業以太網。
PG/PC 上的工業以太網通訊處理器。用于將PG/PC連接到工業以太網.
當以太網用于信息技術時,應用層包括HT-TP、FTP、SNMP等常用協議,但當它用于工業控制時,體現在應用層的是實時通信、用于系統組態的對象以及工程模型的應用協議,至21世紀,還沒有統一的應用層協議,但受到廣泛支持并已經開發出相應產品的有4種主要協議:HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP。
基金會現場總線FF于2000年發布Ethernet規范,稱HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太網協議IEEE802.3,TCP/IP協議族與FFIll的結合體。FF現場總線基金會明確將HSE定位于實現控制網 絡與Internet的集成。
HSE技術的一個核心部分就是鏈接設備,它是HSE體系結構將Hl(31.25kb/s)設備連接 100Mb/s的HSE主干網的關鍵組成部分,同時也具有網橋和網關的功能。網橋功能能夠用于連接多個H1總線網段,使同H1網段上的H1設備之間能夠進 行對等通信而無需主機系統的干涉;
網關功能允許將HSE網絡連接到其他的工廠控制網絡和信息網絡,HSE鏈接設備不需要為H1子系統作報文解釋,而是將來自H1總線網段的報文數據集合起來并且將Hl地址轉化為IP地址 [3]。
Modbus TCP/IP
該協議由施耐德公司推出,以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中,使Modbus與以太網和TCP/IP結合,成為Modbus TCP/IP。這是一種面向連接的方式,每一個呼叫都要求一個應答,這種呼叫/應答的機制與Modbus的主/從機制相互配合,使交換式以太網具有很高的 確定性,利用TCP/IP協議,通過網頁的形式可以使用戶界面更加友好。
利用網絡瀏覽器便查看企業網內部設備運行情況。施耐德公司已經為Mod-bus注冊了502端口,這樣就可以將實時數據嵌人到網頁中,通過在設備中嵌入Web服務器,就可以將Web瀏覽器作為設備的操作終端。
針對工業應用需求,德國西門子于2001年發布了該協議,它是將原有的Profibus與互聯網技術結合,形成了ProfiNet的網絡方案,主要包括:
基于組件對象模型(COM)的分布式自動化系統;
規定了ProfiNet現場總線和標準以太網之間的開放、透明通信;
提供了一個獨立于制造商,包括設備層和系統層的系統模型。
ProfiNet采用標準TCP/IP十以太網作為連接介質,采用標準TCP/IP協議加上應用層的RPC/DCOM來完成節點間的通信和網絡尋址。它可以同時掛接傳統Profibus系統和新型的智能現場設備。
現有的Profibus網段可以通過一個代理設備(proxy)連接到ProfiNet網絡當中,使整Profibus設備和協議能夠原封不動地在 Pet中使用。傳統的Profibus設備可通過代理proxy與ProFiNET上面的COM對象進行通信,并通過OLE自動化接口實現COM對象間的 調用。
Ethernet/IP
Ethernet/IP是適合工業環境應用的協議體系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International兩大工業組織推出的新成員與Device Net和Control Net一樣,它們都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)協議的網絡。它是一種是面向對象的協議,能夠保證網絡上隱式(控制)的實時I/O信息和顯式信息(包括用于組態、參數設置、診斷等) 的有效傳輸。
Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的應用層協議CIP。因此,它們使用相同的 對象庫和*的行業規范,具有較好的*性。Ethernet/IP采用標準的Ethernet和TCP/IP技術傳送CIP通信包,這樣通用且開放的應 用層協議CIP加上已經被廣泛使用的Ethernet和TCP/IP協議,就構成Ethernet/IP協議的體系結構。
編輯
工業以太網是應用于工業控制領域的以太網技術,在技術上與商用以太網(即IEEE 802.3標準)兼容,但是實際產品和應用卻又*不同。這主要表現普通商用以太網的產品設計時,在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質安全性等方面不能滿足工業現場的需要。故在工業現場控制應用的是與商用以太網不同的工業以太網。然而工業以太網的優勢在哪里呢?
一、應用廣泛
以太網是應用較廣泛的計算機網絡技術,幾乎所有的編程語言如Visual C++、Java、VisualBasic等都支持以太網的應用開發。
二、通信速率高
10、100 Mb/s的快速以太網已開始廣泛應用,1Gb/s以太網技術也逐漸成熟,而傳統的現場總線高速率只有12Mb/s(如西門子Profibus-DP)。顯然,以太網的速率要比傳統現場總線要快的多,*可以滿足工業控制網絡不斷增長的帶寬要求。
三、資源共享能力強
隨著Internet/ Intranet的發展,以太網已滲透到各個角落,網絡上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛,在聯入互聯網的任何一臺計算機上就能瀏覽工業控制現場的數據,實現“控管一體化”,這是其他任何一種現場總線都無法比擬的。
四、可持續發展潛力大
以太網的引入將為控制系統的后續發展提供可能性,用戶在技術升級方面無需獨自的研究投入,對于這一點,任何現有的現場總線技術都是無法比擬的。同時,機器人技術、智能技術的發展都要求通信網絡具有更高的帶寬和性能,通信協議有更高的靈活性,這些要求以太網都能很好地滿足 [4]。
編輯
為了應用于嚴酷的工業環境,確保工業應用的安全可靠,SIMATIC NET 為以太網技術補充了不少重要的性能:
工業以太網技術上與IEEE802.3/802.3u兼容,使用ISO和TCP/IP 通訊協議
10/100M 自適應傳輸速率
冗余24VDC 供電
簡單的機柜導軌安裝
方便的構成星型、線型和環型拓撲結構
高速冗余的安全網絡,最大網絡重構時間為0.3 秒
用于嚴酷環境的網絡元件,通過EMC 測試
通過帶有RJ45 技術、工業級的Sub-D 連接技術和安裝屏蔽電纜的Fast Connect連接技術,確保現場電纜安裝工作的快速進行
簡單高效的信號裝置不斷地監視網絡元件
符合SNMP(簡單的網絡管理協議)
可使用基于web 的網絡管理
使用VB/VC 或組態軟件即可監控管理網絡
編輯
工業以太網技術具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優點,已成為受歡迎的通信網絡之一。近些年來,隨著網絡技術的發展,以太網進入了控制領域,形成了新型的以太網控制網絡技術。這主要是由于工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展,開放的、透明的通訊協議是必然的要求。以太網技術引入工業控制領域,其技術優勢非常明顯:
(一)Ethernet是全開放、全數字化的網絡,遵照網絡協議不同廠商的設備可以很容易實現互聯。
(二)以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接,形成企業級管控一體化的全開放網絡。
(三)軟硬件成本低廉,由于以太網技術已經非常成熟,支持以太網的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持,有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇。
(四)通信速率高,隨著企業信息系統規模的擴大和復雜程度的提高,對信息量的需求也越來越大,有時甚至需要音頻、視頻數據的傳輸,當前以太網的通信速率為10M、100M的快速以太網開始廣泛應用,千兆以太網技術也逐漸成熟,10G以太網也正在研究,其速率比現場總線快很多。
(五)可持續發展潛力大,在這信息瞬息萬變的時代,企業的生存與發展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信管理網絡,信息技術與通信技術的發展將更加迅速,也更加成熟,由此保證了以太網技術不斷地持續向前發展。
PROFInet可以提供辦公室和自動化領域開放的、*的連接。PROFInet方案覆蓋了分散自動化系統的所有運行階段,它主要包含以下方面:⑴高度分散自動化系統的開放對象模型(結構模型);⑵基于Ethernet的開放的、面向對象的運行期通信方案(功能單元間的通信關系);⑶獨立于制造商的工程設計方案(應用開發)。PROFInet方案可以用一條等式簡單而明了地描述:PROFInet=Profibus+具有PROFIBUS和IT標準Ethernet的開放的、*的通信。
1.1 PROFInet設備的軟件結構
PROFInet設備的軟件覆蓋了現場設備的整個運行期通信,基于模塊化設計的軟件包含若干通信層,每層都與系統環境*。PROFInet軟件主要包括一個RPC(Remote Procedure Call)層,一個DCOM(Distributed Component Object Model)層和一個專門為PROFInet對象定義的層。PROFInet對象可以是ACCO(Active Connection Control Object)設備、RT auto(Runtime Automation)設備、物理設備或邏輯設備。軟件中定義的實時數據通道提供PROFInet對象與以太網間的實時通信服務。PROFInet通過系統接口連接到操作系統(如WinCE),通過應用接口連接到控制器(如PLC)。
PROFInet的運行期軟件位于一個目錄固定的結構中,可以分為核心目錄和系統應用目錄。若通信開始而核心目錄中的文件未改變,則系統應用目錄中的部分文件必須重建。所有的系統應用都是指向系統接口和應用接口,實現PROFInet設備的各項功能。PROFInet設備的軟件結構可以用圖1描述如下:
PROFInet設備的軟件結構決定了PROFInet設備可以從企業管理層到現場層直接、透明地訪問,并且提供對TCP/IP協議的對支持。PROFInet技術使企業用戶能夠方便地對現有的系統進行擴展和集成,是一種優化的工業以太網通信標準。
1.2 PROFInet在現場設備上的移植
作為一種開放的資源,PROFInet軟件通過移植到設備上的TCP/IP協議棧來完成在其他設備制造商的產品中快速而簡單地實現。具體過程為:首先將開放資源的RPC接口連接到TCP/IP協議棧和設備操作系統中的系統集成;然后再將PROFInet協議棧的DCOM(Discrete Component Object Module)機制集成到設備的操作系統中;最后實現物理設備和邏輯設備對象、運行期對象和活動控制連接對象的設備的DCOM應用。為單個部件組裝PROFInet設備時還必須用XML創建相應的描述。
一個PROFInet設備的XML文件中應包括下列數據:
⑴PROFInet設備的名稱和ID號;
⑵PROFInet設備的IP地址,診斷數據的訪問方式和設備連接方式;
⑶PROFInet設備的硬件分配,設備接口以及為各接口定義的變量、數據類型與格式;
⑷PROFInet設備在整個工程中的保存地址。
PROFInet設備將它的所有功能封裝到其軟件中,并提供變量接口與其它的PROFInet設備相連。變量接口的每個變量都代表一個確定的子功能,包括運行、輸入/輸出使能、復位、結束、停機、啟動和錯誤。一個PROFInet設備中封裝的可以是一個控制器、一個執行器甚至是一個控制網絡。圖2所示的PROFInet設備中封裝了一個Profibus-DP控制網絡。
PROFInet設備之間通過DCOM模塊進行通信。在PROFInet設備連接編輯器的圖形界面中可以方便地實現各PROFInet設備間的連接。一個具有沖洗、灌裝、封口和包裝4個環節的飲料生產廠家的生產流程可以用4個PROFInet設備串連連接實現(見圖3)。
所有設備的接口都在PROFInet中做了*的定義,因此都能夠靈活地組合和重新使用,用戶不必考慮各設備的內部運行機制。此外,PROFInet還集成了故障安全通信標準行規PROFIsafe,滿足對人員、設備和環境的全面安全的需求,可用于故障安全應用。
PROFInet設備通信功能的實現是基于傳統的Ethernet通信機制(如TCP或UDP),同時又采用RPC和DCOM機制進行加強。DCOM可視為用于基于RPC分布式應用的COM技術的擴展,可以采用優化的實時通信機制應用于對實時性要求苛刻的應用領域。在運行期間,PROFInet設備以DCOM對象的形式映像,通過對象協議機制確保了DCOM對象的通信。COM對象作為PDU以DCOM協議定義的形式出現在通信總線上。通過DCOM布線協議DCOM定義了對象的標識和具有有關接口和參數的方法,這樣就可以在通信總線上進行標準化的DCOM信息包的傳輸。對于更高層次上的通信,PROFInet可以采用集成OPC(OLE for Process Control)接口技術的方式。
2.1 PROFInet的基本通信方式
PROFInet根據不同的應用場合定義了三種不同的通信方式:使用TCP/IP的標準通信;實時RT(Real-time)通信和同步實時IRT通信。PROFInet設備能夠根據通信要求選擇合適的通信方式。
PROFInet使用以太網和TCP/IP協議作為通信基礎,在任何場合下都提供對TCP/IP通信的對支持。由于絕大多數工廠自動化應用場合對實時響應時間要求較高,為了能夠滿足自動化中的實時要求,PROFInet中規定了基于以太網層2的優化實時通信通道,該方案極大地減少了通信棧上占用的時間,提高了自動化數據刷新方面的性能。PROFInet不僅最小化了可編程控制器中的通信棧,而且對網絡中傳輸數據也進行了優化。采用PROFInet通信標準,系統對實時應用的響應時間可以縮短到5~10ms。PROFInet同時還支持高性能同步運動控制應用,在該應用場合PROFInet提供對100個節點響應時間低于1ms的同步實時(IRT)通信,該功能是由層2上內嵌的同步實時交換芯片ERTEC提供的。PROFInet的通信循環如圖4所示。
在PROFInet設備的一個通信循環周期內,既包括IRT實時通信,又包括TCP/IP標準通信。PROFInet通信技術在很多應用場合都能體現出其極大的*性。工程實踐表明,在同步運動控制場合采用PROFInet提供的IRT通信,系統性能將比采用現場總線方案提升近100倍。
2.2 PROFInet與OPC的集成
由于PROFInet與OPC均采用了DCOM通訊機制,因此PROFInet通訊技術可以很容易地與OPC接口技術集成,以實現數據在更高通信層次上的交換。OPC接口設備在工控領域的應用十分廣泛,OPC接口技術定義了OPC DA(Data Access)與OPC DX(Data Exchange)兩個通信標準,分別應用于傳輸實時數據和實現異類控制網絡間數據的交換。在PROFInet中集成OPC DX接口可以實現一個開放的連接至其他系統,集成機制如下:
⑴ 基于PROFInet的實時通信機制,每個PROFInet節點可以作為一個OPC服務器被尋址;
⑵ 每個OPC服務器可以通過標準接口而作為一個PROFInet節點被操作。PROFInet的功能性遠比OPC*,PROFInet技術與OPC接口技術的集成不僅可以實現自動化領域對實時通信的要求,還可以實現系統之間在更高層次上的交互。
PROFInet是一種*的通信技術,并已成功地應用于分布式智能控制。PROFInet為分布式自動化系統結構的實現開辟了新的前景,可以實現全廠工程*模塊化,包括機械部件、電氣/電子部件和應用軟件。PROFInet支持各種形式的網絡結構,使接線費用最小化,并保證高度的可用性。此外,特別設計的工業電纜和耐用的連接器滿足EMC和溫度要求并形成標準,保證了不同制造設備之間的兼容性。
PROFInet不僅可以應用于分布式智能控制,而且還逐漸進入到過程自動化領域。在過程自動化領域,PROFInet針對工業以太網總線供電以及以太網本質在安全領域應用的問題正在形成標準或解決方案,采用PROFInet集成的Profibus現場總線可以為過程自動化工業提供*的解決方案(如圖5所示):
采用PROFInet通訊技術,不僅可以集成Profibus現場設備,還可以通過代理服務器(Proxy)實現其它種類的現場總線網絡的集成。采用這種統一的面對未來的設計概念,工廠內各部件都可以作為獨立模塊預先組裝測試,然后在整個系統中輕松組裝或在其他項目中重復使用。譬如對于一個汽車生產企業而言,PROFInet支持的實時解決方案*可以滿足車體車間、噴漆車間和組裝部門等對響應時間的要求,在機械工程及發動機和變速箱生產環節中的車床同步等方面則可使用PROFInet的同步實時功能。
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