西门子存储卡6ES7953-8LG30-0AA0

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PLC作为设备和装置的控制器，除了的逻辑控制、顺序控制、运动控制、控制功能之外，还承担着工业4.0和智能制造赋予的以下任务：

1、越来越多的传感器被用来监控、设备的健康状态和生产的各类参数，这些工业大数据的有效采集，迫使PLC的I/O由集中安装在机架上，转型为分布式I/O。

2、各类智能部件普遍采用嵌入式PLC，或者微小型PLC，尽可能地在现场完成越来越复杂的控制任务。

3、应用编程的平台化，进一步发展工程设计的自动化和智能化。

4、大幅无缝连通能力，相关的控制参数和设备的状态可直接传输至的各个和应用，甚至送往云端。

概括而言，即工业大数据采集的需求，就地实时自治控制，编程的自动化和智能化，无缝的连通能力。

PLC作为工业控制主力军的地位会不会因为正在掀起的第四次工业而被逐步替代呢?回答是否定的。同时，这也取决于PLC软硬件技术能否快速的进行适应性的转型和升级。事实上，PLC的技术以PLCopen为先导，一直在为工业4.0和智能制造日益清晰的要求做。图1所表述的是PLCopen历年来所的各种规范在工业4.0参考架构模型(RAMI4.0)相应维度和层级中的位置,可以明显地看到，PLCopen组织长期以来为自动化效率所做的工作。

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冗余环网，各台交换机通过冗余环口依次进行连接，如下图高速冗余环网HSR。SCALANCE X400可以作为冗余管理器RM，管理冗余环网，为了保证系统的快速重构和稳定性多50个交换机连接在环上。除了其它交换机需要设置冗余环口，在网络正常的情况下，RM的其中的一个冗余环口会处于断开状态。这样整个网络处于一种线型结构。冗余管理器监控网络状态，当网络上的连接线断开或交换机故障，它会通过一个替代路径恢复另外一种线型结构。整个网络的重构时间小于0.3秒。如果问题被消除，会恢复原有的线型结构。在一个环网中，只能存在一个交换机组成冗余管理器。环网可以是电气环网也可以是光纤环网，也可以是电气和管线混合的环网。另外，可以利用SCALANCE X 400的千兆端口，组成高速冗余的千兆环网。

高速冗余环网HSR                                          环间热备STBY

环网之间的冗余备份STBY，通过两台交换机各自连接到另外一个环网的两台交换机，如上图环间热备STBY。仅需要在同一个环网中的两个交换机A和B（与另外一个环网进行冗余连接）进行组态，即可完成环网之间的连接冗余。这两个交换机A和B通过网络相互交换数据来同步它们的运行状态，其中一台设备作为Master，另外一台设备作为Slave。在网络正常的情况下，仅是Master与另外一个环网的连接是激活的，即通讯数据通过该连接完成两个环网之间的通讯。如果Master的连接断开或Master交换机故障，这时Salve会激活其连接，这时两个环网之间的数据就通过Slave的连接来完成。如果故障恢复，Master会重新作为环网之间的激活连接。STBY可以是电气连接也可以是光纤连接。另外，可以利用
SCALANCE X 408的千兆端口，组成千兆环网冗余热备。

SCALANCE X 400冗余环网组态：

SCALANCE X 400环网间热备组态：

PROFINET循环的实时通信报文基于IEEE802.3，具有4个字节的VLAN标签（IEEE802.1p），该标签其中的3个位可以表示PROFINET实时数据的优先级，参考图1 PROFINET实时报文。

图1 PROFINET实时报文

PROFINET循环的实时数据报文具有优先级，且用户优先级为6。VLAN标示符VID=0表示报文仅包含优先级信息，而不是一个有效地VLAN标识。
报文具有“用户优先级”符合IEEE802.1p标准，IEEE802.1p具有如下特点：
支持IEEE802.1p的交换机会优先转发高优先级的数据，IEEE802.1p标准

• 通过在OSI 2层给数据加入优先级以及交换机中的不同队列分配，实现加速报文转发。
• TCI中包含表示服务种类(Class of Service)的3个位，这样CoS服务就有8个优先级，其中0为低优先级，而7为高优先级。
• 不同的应用按照不同的方式进行处理
• 赋予实时应用更高的优先级
• 赋予普通的应用较低的优先级
  这样在IEEE802.1p的支持下，用户终端主机能请求所提交流量的优先等级，网络设备则在帧头上设置相应的标记予以实施。802.1p可以将以太网中的流量分为8个优先等级，将时间敏感的视频/音频以较高的优先级在交换式以太网中传送，以支持以太网上各类业务的QoS。参考表1 。

表1

目前，许多以太网交换机都能够支持多优先级业务的分类处理，即支持IEEE802.1p，根据数据帧中的“用户优先级”字段内容的不同进行缓存、数据转发等操作。理想情况下，以太网交换机能支持的优先级与802.1p规定的优先级相同，但实际情况有时并非如此。
西门子的SCALANCE X以太网交换机产品中，X-00系列具有两个优先级堆栈，高的优先级堆栈处理具有用户优先级4，5，6，7的数据，低的优先级堆栈处理具有用户优先级3，0，1的数据。对于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的优先级与IEEE802.1p所规定的优先级相同。具有4个优先级堆栈，每个堆栈处理不同用户优先等级的数据，参考图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈。SCALANCE X以太网交换机会根据数据的用户优先级的不同由内部不同的优先级堆栈来处理。这也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的产品可以细分用户优先级的数据，对于用户优先级6，7由高优先级堆栈处理优先转发。

图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈

SCALANCE X以太网交换机会优先对高优先级的堆栈中的高优先级数据进行转发。参考图3 IEEE802.1p报文优先转发原则。帧1正在被发送，表明不会中断正在发起的数据传输。帧2的优先级低于帧3，所以优先转发帧3。终端口1的数据帧发送顺序为帧1，帧3，帧2。

图3 IEEE802.1p报文优先转发原则

除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交换机不但可以在Step7中作为IO设备进行组态，也可以在Step7中实现集成诊断。参考图4 交换机组态。

图4 交换机组态

在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交换机应用在PROFINET实时应用中，由于这两种系列的交换机不但支持IEEE802.1p还支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么这两类以太网交换机则认为VLAN ID=0的帧不带有VLAN标签。这意味着PROFINET实时报文（VID=0）在这两类交换机之中转发不具有优先级，与普通的数据一样，不会被交换机优先转发。所以在使用这两类交换机时，需要特别注意，这种情况下，可以使用2种方式来改善：
种情况，就是使用SCALANCE X200系列以下的交换机，这样由于这些系列的交换机不支持IEEE802.1Q，仅支持IEEE802.1p，所以会优先转发PROFINET实时数据。
第二种情况，如果使用SCALANCE X300/400时，且PROFINET实时数据与普通数据在一个通道上进行传输，需要给PROFINET的数据传输通道设置VLAN。例如图5 组态举例。PROFINET IO控制器和IO设备的PROFINET实时通信与PC1和PC2的普通通讯，例如TCP/IP，共同占用2台SCALANCE X400之间的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交换机会认为PROFINET 实时数据与普通的TCP/IP数据的优先级一样，这样不会优先转发PROFINET实时数据。