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產(chǎn)品簡介
詳細介紹
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PLC作為設備和裝置的控制器,，除了的邏輯控制、順序控制,、運動控制、控制功能之外,，還承擔著工業(yè)4.0和智能制造賦予的以下任務：
1,、越來越多的傳感器被用來監(jiān)控,、設備的健康狀態(tài)和生產(chǎn)的各類參數(shù)，這些工業(yè)大數(shù)據(jù)的有效采集,，迫使PLC的I/O由集中安裝在機架上,，轉(zhuǎn)型為分布式I/O。
2,、各類智能部件普遍采用嵌入式PLC,，或者微小型PLC，盡可能地在現(xiàn)場完成越來越復雜的控制任務,。
3,、應用編程的平臺化，進一步發(fā)展工程設計的自動化和智能化,。
4,、大幅無縫連通能力，相關的控制參數(shù)和設備的狀態(tài)可直接傳輸至的各個和應用,，甚至送往云端,。
概括而言，即工業(yè)大數(shù)據(jù)采集的需求,，就地實時自治控制,，編程的自動化和智能化，無縫的連通能力,。
PLC作為工業(yè)控制主力軍的地位會不會因為正在掀起的第四次工業(yè)而被逐步替代呢?回答是否定的,。同時，這也取決于PLC軟硬件技術能否快速的進行適應性的轉(zhuǎn)型和升級,。事實上,，PLC的技術以PLCopen為先導，一直在為工業(yè)4.0和智能制造日益清晰的要求做,。圖1所表述的是PLCopen歷年來所的各種規(guī)范在工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI4.0)相應維度和層級中的位置,可以明顯地看到,，PLCopen組織長期以來為自動化效率所做的工作。
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冗余環(huán)網(wǎng),，各臺交換機通過冗余環(huán)口依次進行連接,，如下圖高速冗余環(huán)網(wǎng)HSR。SCALANCE X400可以作為冗余管理器RM,，管理冗余環(huán)網(wǎng),，為了保證系統(tǒng)的快速重構(gòu)和穩(wěn)定性多50個交換機連接在環(huán)上。除了其它交換機需要設置冗余環(huán)口,，在網(wǎng)絡正常的情況下,，RM的其中的一個冗余環(huán)口會處于斷開狀態(tài)。這樣整個網(wǎng)絡處于一種線型結(jié)構(gòu),。冗余管理器監(jiān)控網(wǎng)絡狀態(tài),，當網(wǎng)絡上的連接線斷開或交換機故障,，它會通過一個替代路徑恢復另外一種線型結(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡的重構(gòu)時間小于0.3秒,。如果問題被消除,，會恢復原有的線型結(jié)構(gòu)。在一個環(huán)網(wǎng)中,，只能存在一個交換機組成冗余管理器,。環(huán)網(wǎng)可以是電氣環(huán)網(wǎng)也可以是光纖環(huán)網(wǎng)，也可以是電氣和管線混合的環(huán)網(wǎng),。另外,，可以利用SCALANCE X 400的千兆端口，組成高速冗余的千兆環(huán)網(wǎng),。
高速冗余環(huán)網(wǎng)HSR 環(huán)間熱備STBY
環(huán)網(wǎng)之間的冗余備份STBY,，通過兩臺交換機各自連接到另外一個環(huán)網(wǎng)的兩臺交換機，如上圖環(huán)間熱備STBY,。僅需要在同一個環(huán)網(wǎng)中的兩個交換機A和B（與另外一個環(huán)網(wǎng)進行冗余連接）進行組態(tài),，即可完成環(huán)網(wǎng)之間的連接冗余。這兩個交換機A和B通過網(wǎng)絡相互交換數(shù)據(jù)來同步它們的運行狀態(tài),，其中一臺設備作為Master,，另外一臺設備作為Slave。在網(wǎng)絡正常的情況下,，僅是Master與另外一個環(huán)網(wǎng)的連接是激活的,，即通訊數(shù)據(jù)通過該連接完成兩個環(huán)網(wǎng)之間的通訊。如果Master的連接斷開或Master交換機故障,，這時Salve會激活其連接,，這時兩個環(huán)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)就通過Slave的連接來完成。如果故障恢復,，Master會重新作為環(huán)網(wǎng)之間的激活連接,。STBY可以是電氣連接也可以是光纖連接。另外,，可以利用
SCALANCE X 408的千兆端口,，組成千兆環(huán)網(wǎng)冗余熱備。
SCALANCE X 400冗余環(huán)網(wǎng)組態(tài)：
| 配置RM | 對于SCALANCE X414-3E,，可以使用Slot 4上CPU的DIP開關,，具體方式如下：
當R1和R2的DIL開關都為ON狀態(tài),，也可以使用Web頁面來設置。點擊目錄樹X-400?Ring Config，使能Redundancy Manager(RM) enabled,。
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| 配置RM | 對于SCALANCE X408,，僅需要通過Web頁面來設置。點擊目錄樹X-400?Ring Config,，使能Redundancy Manager(RM) enabled。點擊Set Values按鈕結(jié)束設置,。
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| 配置環(huán)口 | 環(huán)網(wǎng)中設置完畢RM后,，所有的交換機SCALANCE X414-3都需要同時設置環(huán)口。設置環(huán)口可以通過CPU槽上DIL開關來設置,，具體方式如下：
當R1和R2的DIL開關都為ON狀態(tài),，也可以使用Web頁面來設置。點擊目錄樹X-400 ? Ring Config,，使能Ring Redundancy enabled并選擇環(huán)網(wǎng)連接的環(huán)口,。點擊Set Values按鈕結(jié)束設置。
非RM的SCALACNE X414-3E的組態(tài)如下：
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| 配置環(huán)口 | 對于SCALANCE X408,，僅需要通過Web頁面來設置,。點擊目錄樹X-400 ? Ring Config，使能Ring Redundancy enabled并選擇環(huán)網(wǎng)連接的環(huán)口,。點擊Set Values按鈕結(jié)束設置,。 這樣SCALANCE X408作為RM的組態(tài)如下：
非RM的SCALACNE X408的組態(tài)如下：
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SCALANCE X 400環(huán)網(wǎng)間熱備組態(tài)：
| 配置STBY | 參考上圖，環(huán)間熱備STBY,，對于SCALANCE X400,，熱備另外一個環(huán)僅需要設置在同一個環(huán)網(wǎng)中的兩個交換機A和B進行組態(tài)，即可完成環(huán)網(wǎng)之間的連接冗余,。SCALANCE X 400通過Web頁面來設置,。對于A和B，點擊目錄樹X-400?Standby Mask,，使能Standby Connection enabled,。設置名字STBY（可任意設置），不過兩臺交換機A和B需要設置相同的名字,，需要注意大小寫,，不過同一環(huán)網(wǎng)中只能有一對交換機使用這個名字，可以有多對用于環(huán)網(wǎng)間熱備，每一組（對）擁有不同于其它組一的名字,。然后使能STBY環(huán)口監(jiān)視,，通過該端口連接另外一個環(huán)。A是Port11.1,，B是Port10.2,。A和B可以使用不同的端口來連接另外一個環(huán)。交換機A的STBY組態(tài)：
交換機B的STBY組態(tài)：
MAC地址大的交換機為Master,。 |
PROFINET循環(huán)的實時通信報文基于IEEE802.3,，具有4個字節(jié)的VLAN標簽（IEEE802.1p），該標簽其中的3個位可以表示PROFINET實時數(shù)據(jù)的優(yōu)先級,，參考圖1 PROFINET實時報文,。
圖1 PROFINET實時報文
PROFINET循環(huán)的實時數(shù)據(jù)報文具有優(yōu)先級，且用戶優(yōu)先級為6,。VLAN標示符VID=0表示報文僅包含優(yōu)先級信息,，而不是一個有效地VLAN標識。
報文具有“用戶優(yōu)先級"符合IEEE802.1p標準,，IEEE802.1p具有如下特點：
支持IEEE802.1p的交換機會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級的數(shù)據(jù),，IEEE802.1p標準
通過在OSI 2層給數(shù)據(jù)加入優(yōu)先級以及交換機中的不同隊列分配，實現(xiàn)加速報文轉(zhuǎn)發(fā),。
TCI中包含表示服務種類(Class of Service)的3個位,，這樣CoS服務就有8個優(yōu)先級，其中0為低優(yōu)先級,，而7為高優(yōu)先級,。
不同的應用按照不同的方式進行處理
賦予實時應用更高的優(yōu)先級
賦予普通的應用較低的優(yōu)先級
這樣在IEEE802.1p的支持下，用戶終端主機能請求所提交流量的優(yōu)先等級,，網(wǎng)絡設備則在幀頭上設置相應的標記予以實施,。802.1p可以將以太網(wǎng)中的流量分為8個優(yōu)先等級，將時間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級在交換式以太網(wǎng)中傳送,，以支持以太網(wǎng)上各類業(yè)務的QoS,。參考表1 。
| 種類 | 描述 | 優(yōu)先級 |
| 語音 | 高優(yōu)先級,；保證幾路音頻延遲時間小且保證高的語音質(zhì)量 | 7,，6 |
| 視頻 | 視頻優(yōu)先于其它數(shù)據(jù)服務 | 4，5 |
| 盡力的通信 | 應用數(shù)據(jù)包,，比如Internet沖浪或者設備需要QoS服務 | 3,，0 |
| 背景通信 | 較低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)通信服務，比如下載,，打印等,，不需要固定的等待時間和流量需求 | 1,，2 |
表1
目前，許多以太網(wǎng)交換機都能夠支持多優(yōu)先級業(yè)務的分類處理,，即支持IEEE802.1p,，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的“用戶優(yōu)先級"字段內(nèi)容的不同進行緩存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等操作,。理想情況下,，以太網(wǎng)交換機能支持的優(yōu)先級與802.1p規(guī)定的優(yōu)先級相同，但實際情況有時并非如此,。
西門子的SCALANCE X以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品中,，X-00系列具有兩個優(yōu)先級堆棧，高的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(yōu)先級4,，5，6,，7的數(shù)據(jù),，低的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(yōu)先級3，0,，1的數(shù)據(jù),。對于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優(yōu)先級與IEEE802.1p所規(guī)定的優(yōu)先級相同。具有4個優(yōu)先級堆棧,，每個堆棧處理不同用戶優(yōu)先等級的數(shù)據(jù),，參考圖2 SCALANCE X交換機優(yōu)先級堆棧。SCALANCE X以太網(wǎng)交換機會根據(jù)數(shù)據(jù)的用戶優(yōu)先級的不同由內(nèi)部不同的優(yōu)先級堆棧來處理,。這也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的產(chǎn)品可以細分用戶優(yōu)先級的數(shù)據(jù),，對于用戶優(yōu)先級6，7由高優(yōu)先級堆棧處理優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā),。
圖2 SCALANCE X交換機優(yōu)先級堆棧
SCALANCE X以太網(wǎng)交換機會優(yōu)先對高優(yōu)先級的堆棧中的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā),。參考圖3 IEEE802.1p報文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則。幀1正在被發(fā)送,，表明不會中斷正在發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸,。幀2的優(yōu)先級低于幀3，所以優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)幀3,。終端口1的數(shù)據(jù)幀發(fā)送順序為幀1,，幀3，幀2,。
圖3 IEEE802.1p報文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則
除此以外,，X200系列以上的SCALANCE X交換機不但可以在Step7中作為IO設備進行組態(tài)，也可以在Step7中實現(xiàn)集成診斷,。參考圖4 交換機組態(tài),。
圖4 交換機組態(tài)
在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交換機應用在PROFINET實時應用中，由于這兩種系列的交換機不但支持IEEE802.1p還支持IEEE802.1Q，即VLAN,。那么這兩類以太網(wǎng)交換機則認為VLAN ID=0的幀不帶有VLAN標簽,。這意味著PROFINET實時報文（VID=0）在這兩類交換機之中轉(zhuǎn)發(fā)不具有優(yōu)先級，與普通的數(shù)據(jù)一樣,，不會被交換機優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā),。所以在使用這兩類交換機時，需要特別注意,，這種情況下,，可以使用2種方式來改善：
種情況，就是使用SCALANCE X200系列以下的交換機,，這樣由于這些系列的交換機不支持IEEE802.1Q,，僅支持IEEE802.1p，所以會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實時數(shù)據(jù),。
第二種情況,，如果使用SCALANCE X300/400時，且PROFINET實時數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)在一個通道上進行傳輸,，需要給PROFINET的數(shù)據(jù)傳輸通道設置VLAN,。例如圖5 組態(tài)舉例。PROFINET IO控制器和IO設備的PROFINET實時通信與PC1和PC2的普通通訊,，例如TCP/IP,，共同占用2臺SCALANCE X400之間的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q,，交換機會認為PROFINET 實時數(shù)據(jù)與普通的TCP/IP數(shù)據(jù)的優(yōu)先級一樣,，這樣不會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實時數(shù)據(jù)。
