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、人机界面、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、协调等信号。整个控制网络分为三层:监控层、控制层和设备层。(注:这里主要说的是控制网络，也就是上一篇文章中的以下三层:工业控制系统安全介绍与实践——从五层架构和安全标准说起)
01网络拓扑和特征
一般网络拓扑和特征如下:
总线类型:
总线拓扑所有设备都连接到一个连接介质上。总线结构所需电缆数量少，电缆长度短，易于布线和维护。多个节点共享一个传输信道，信道利用率高。
明星:
星型拓扑是一个中心，有多个子节点。它结构简单，连接方便，管理和维护相对容易，可扩展性强。网络延迟时间小，传输误差低。中心无故障，一般网络没问题。中心故障，网络出问题，共享能力差，通信线路利用率不高。
戒指:
环形拓扑是节点形成一个闭合的环。更少的工作站，节省设备。当然，这会导致节点故障，即网络故障，并且很难诊断故障。
树类型:
树形结构是从总线拓扑演变而来的。它的形状像一棵倒置的树，根在上面，根下面有分枝，每个分枝都可以分枝。根接收每个站点发送的数据，然后广播到整个网络。扩展性好，容易诊断错误，但是对roots要求高。
网格:
网络拓扑是应用最广泛的。它的优点是不受瓶颈和故障的影响。一条线路一旦出问题，可以用于其他线路，但是太复杂，成本太高。
02以太网、Profinet和Profibus的实际结构分析
以太网架构和网络拓扑
a)网络架构建设
(1)首先根据控制分区确定PLC的具体数量和位置；
(2)根据PLC的数量和位置，将PLC连接到MES的开关上；
(3)将上位机连接到MES交换机，形成以太网网络结构。
b)施工原则
工业以太网交换机是一种能够提供环网耦合功能的主动网络组件。它具有高效、冗余的特点，在现场总线出现故障时，能保证上位机与PLC之间正常的数据交换。应用时，每台交换机至少应预留一个备用端口。
c)网络拓扑形式
以太网采用星型网络拓扑结构，保证了PLC和上位机之间大量数据的实时传输。
Profinet架构和网络拓扑
a)网络架构建设
(1)首先，需要根据控制分区确定构建网络结构线路所需的现场设备数量。
(2)根据现场设备的数量和位置，确定交换机的通信接口数量。在交换机选择过程中，线性系统优先选择16koujiao换机，工作站系统优先选择8koujiao换机。
(3)对于线路系统，如果交换机数量超过两个，则采用网管交换机，交换机形成环网结构后与PLC连接，形成网络结构。
b)施工原则
(1)在线型开关和现场设备之间优选星形+总线网络拓扑。如果选择总线拓扑，原则上每条总线连接的设备不超过5台，相邻设备之间的距离不超过90米；
(2)每台交换机应至少预留一个备用端口；
(3)线路间的信号交互通过PN/PN耦合器实现。
c)网络拓扑形式
(1)线网的结构
图1监控层和控制层网络拓扑示意图
图1是“以太网+Profinet环网”的网络结构图。如图所示，整个网络包括两个层次:监控层和控制层。PLC和上位机之间通过以太网传输数据。PLC以Profinet网络的形式与现场设备相连，网管交换机形成环网后与PLC相连。耦合器主要用于互联网之间的信号交互，用于两个相互独立的Profinet网络之间的数据交换。
图2设备层网络拓扑示意图
上图是设备层的网络拓扑图。如图所示，现场设备和开关采用总线型和星型混合拓扑结构。此时，需要确保相邻设备之间的距离不能超过90米。Profinet网线采用专用网线，连接器采用专用快接金属连接器，保证网络通信的稳定可靠。机器人及其外围设备通过非网络管理交换机连接。
工作站网络结构形式
以太网+Profinet拓扑
第二种是第一种方案的简化形式。当现场交换机少于3台时，交换机之间不需要形成环网，可以直接采用这种连接方式。交换机采用非网管型，工作站之间或工作站与其他控制系统之间的信号交互通过PN/PN耦合器实现。
Profibus架构和网络拓扑
a)网络架构建设
(1)确定需要构建网络结构的线路主体中包括的现场设备的数量。
(2)按照驱动负载、通信模块、机器人系统、安全设备、车辆识别等对现场设备进行分类总结。
(3)确定中继器的一般类别和数量:
①根据网络设备的类型和位置，确定总共需要建设多少条总线；
②通过确定需要诊断功能的总线数量来确定诊断中继器的数量；
③根据网段内网络设备的距离，判断需要的直放站数量；
(4)根据确定的中继器数量，建立整个Profibus网络拓扑。
b)施工原则
(1)由于中继器具有信号放大和再生功能，当RS485用于Profibus总线时，最多可安装9个中继器。
(2)在Profibus网络结构中，当硬件设备超过32台，或者波特率对应的网络通信距离已经超过经验范围(见下表)时，应使用Profibus中继器来扩展网络连接，以达到扩大网络规模和保证良好通信质量的目的。
(3)例如，如果Profibus总线上有80个站，则需要两个中继器将网络分成三个部分。由于直放站本身是一个特殊的DP从设备，在网段中占用一个物理地址，所以只能连接31个DP主/从设备。
(4)中继器延长的距离。假设在1.5Mbps的波特率下通信距离为130m，那么最远的站到中继器网段1的距离为130m，中继器网段2到最远的站的距离可以再延长130m，这样整个网络的距离为260m，以此类推。
(5)如果选择具有诊断功能的直放站，每个直放站的DP2/DP3网段诊断最远距离不能超过80m，并保证同一诊断回路中不能有两台诊断设备。
(6)线间信号交互通过DP/DP耦合器实现。
(7)在建网过程中，要严格保证每条总线都有可靠的终端电阻。
a)网络拓扑形式
Profibus网络结构示意图
上图是Profibus网络结构示意图。在Profibus网络结构图中，采用了总线网络拓扑结构。直放站Profibus-DP分为几条总线，网络中的驱动负载、通信模块、机器人系统、车辆识别、安全开关等通过总线排列。耦合器主要用于互联网之间的信号交互，用于连接两个独立的Profibus网络进行数据交换。它的通信速率可以不同，可以传输的最大输入输出数据为244字节。作为一个独立的设备，每个Profibus接口在网络中都有一个独立的设备名称，更新时间可以不同，但通信数据区的输入/输出方式必须相互对应。
02功能和应用
以太**点及应用
工业以太网是基于IEEE802.3系列标准和TCP/IP的分布式实时控制通信网络。工业以太网适用于数据传输量大，传输速度要求高的场合。它采用CSMA/CD协议，兼容TCP/IP协议。PLC与上位机之间的通信采用以太网的形式。
Profinet特点及应用
Profinet使用以太网作为通信媒介。事实上，传统的Profibus系统和新型智能现场设备都连接到以太网。因此，任何基于以太网的开发都可以直接应用于Profinet网络。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和现场设备之间的通信可以通过Profinet实现。
Profibus特点及应用
Profibus是Profibus的缩写，其总线传输速率一般可在9.6 kbit/s-12 mbit/s之间选择，PROFIBUS传输距离长:可采用双绞线或光缆作为传输介质，在对速度要求不高(9.6 kbit/s)的情况下传输距离可达1200m。即使在最高12Mbit/s的传输速率下，传输距离也能达到200m。此外，我们可以使用中继器和其他设备将传输距离扩展到10km。
它由三个兼容的部分组成:PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA。PROFIBUS-DP是一种优化的高速通信网络，专门用于自动控制系统与分布式I/o设备之间的通信，用于分布式控制系统的高速数据传输。PROFIBuS FMS主要解决车间级通用通信任务，完成中速循环和非循环通信任务；PROFIBUS PA专为过程自动化而设计，提供标准的本质安全传输技术，用于安全性要求高的场合和有总线供电的站场。我们一般使用PROFIBUS-DP协议。
本文来自水洗晴空投稿，不代表舒华文档立场，如若转载，请注明出处：https://www.chinashuhua.cn/24/635089.html
微信扫一扫 
