银川西门子授权代理商PLC

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工业以太网的交换技术有哪些

1. 交换技术

  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。

  交换机可以同时在其端口之间建立多个连接。这些连接是根据数据流量的需要，动态和暂时建立的。

  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，在多个网段中可以同时传输多个报文，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进行，只有的数据包可以超出本地网段的范围。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。

  交换机对接收的输入信号进行缓存，再进行地址比较，根据网络的占用状况适时发送到正确的端口。每个网段内节点间数据的传输只限于在本地网段内进行，不需经过主干网，使本地数据传输不占其他网段的带宽，从而降低了各网段和主干网的网络负荷。交换机对网络上传输的数据包进行检测，不再传送错误帧和错误报告帧。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。

  PROFINET 使用点对点连接的交换式以太网，其中每个设备直接与一个(且只有一个)其他设备相连。

  2. 全双工模式

  全双工交换式以太网的一对线用来发送数据，另一对线用来接收数据，这种以太网消除了冲突的可能，使以太网的通信确定性和实时性大大提高，减少了CSMACD机制造成的冲突和大量的无关的通信量，将局域网的范围扩展到150km，每个网络节点甚至可以享整个介质带宽。

  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，全双工快速以太网的数据传输速率增加到200 Mbit/s。

  并不需要在网络的所有地方都使用全双工，只需要在某些特定的节点之间建立少量的全双工连接，例如，服务器和集线器/交换机之间的连接，或者交换机之间的连接。

  3. 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、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。

  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。

  通过ESM可以方便地构建适用于车间的网络拓朴结构，包括线性结构和星形结构。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 时网络长度可达150km。

  4. 自适应与自协商功能

  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(10Mbit/s或100Mbit/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，例如是全双工或半双工。

  5. 沉余网络

  冗余软件包S7-REDCONNECT用来将PC链接到高可靠性的SIMATICS7H冗余系统，可以避免设备停机。万一出现子系统故障或断线，系统交换模块会切换到双总线，或者切换到冗余环的后备系统或后备网络，以网络的正常通信。

  6. SIMATIC NET的快速重新配置

  网络发生故障后，应尽快对网络进行重构。重新配置的时间对工业应用是至关重要的，否则网络上连接的终端设备将会断开连接，从而引起工厂生产过程的失控或紧急停机。SIMATICNET采用了为此开发的冗余控制程序，对于有50个交换模块(OSM/ESM)的100Mbit/s环形网络，重新配置的时间不超过0.3s。

PLC中的常用的CPU和存储器简介

   CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。

     1．CPU芯片

     CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。PLC使用以下几类CPU芯片：

    (1)通用微处理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片；

    (2)单片微处理器(单片机)，如Intel公司的MCS51／96系列单片机；

    (3)位片式微处理器，如AMD 2900系列位片式微处理器。

    2．存储器

    PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能直接读取。PLC的用户程序由用户设计，它决定了PLC的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字(每个字由16位二进制数组成)为单位，三菱的FX系列PLC将用户程序存储器的单位称为步(Step，即字)。小型PLC的用户程序存储器容量在lK字左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数M(兆)字。

    PLC常用以下几种存储器：

    (1)随机存取存储器：(RAM)

    用户可以用编程器读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读／写存储器。它是易失性的存储器，将它的电源断开后，储存的信息将会丢失。

    RAM的工作速度高，价格低，改写方便。为了在关断PLC外部电源后，保存RAM中的用户程序和某些数据(如计数器的计数值)，为RAM配备了一个锂电池。现在有的PLC仍用RAM来储存用户程序。

  锂电池可用2~5年，需要更换锂电池时，PLC面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时有一个内部标志位变为l状态，可以用它的常开触点来接通控制屏面板上的指示灯或声光报警器，通知用户及时更换锂电池。

    (2)只读存储器(ROM)

    ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM—般用来存放PLC的系统程序。 

    (3)可电擦除的EPROM(EEPROM或E2PROM)

    它是非易失性的，但是可以用编程器对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点。但是写入信息所需的时间比RAM长得多，EEPROM用来存放用户程序。有的PLC将EEPROM作为基本配置，有的PLC将EEPROM作为可选件。