一种建立基于工业星型架构以太网实验方法及其装置

技术领域

本发明涉及工控系统技术领域，具体涉及一种建立基于工业星型架构以太网实验方法及其装置。

背景技术

现有工控系统传统西门子推荐环网组网方式，该组网价格昂贵且技术落后，同时随着工业化与信息化紧密高度融合，工业以太网对生产控制和数据采集的新技术不断出现，为技改中对新技术的应用提供技术依据，工厂现有工业控制仍然采用比较传统通讯方式，同时采用国外西门子推荐环网组网方式进行控制，对很多技术和设备受制于国外的品牌和公司，投入高，通过采购国内品牌降低成本，备品备件容易采购。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种建立基于工业星型架构以太网实验方法及其装置，解决上述问题。

本发明提供的一种建立基于工业星型架构以太网实验方法及其装置，包括：核心交换机、汇聚交换机和监控站点，其中网络结构采用以所述核心交换机为核心，多个汇聚交换机为节点的三层星型架构；其中三层星型架构中，外层包括传感器，用于信息实时采集；中间层包括多个汇聚交换机，用于整合传感器实时采集的信息，核心层为核心交换机，所述核心交换机承担着整个以太网中的工控系统；所述核心交换机与所述汇聚交换机电连接；所述监控站点分别与所述核心交换机和所述汇聚交换机电连接，所述监控站点用于监测核心交换机和所述汇聚交换机运行。

进一步的，所述每个监控站点以静态IP为站点网络传感器使用，核心交换机可以通过局域网静态IP直接访问任意一个监控站点的网络传感器。实际运用中，该方式能够实现静态的稳态信息流传输。

进一步的，所述核心交换机可定时测算每个监控站点流量，结合实际需求，合理配置采样间隔、图像格式参数进行闭环流量控制。这样一来，闭环流量控制就保证数据的完整性。

进一步的，将常用工控网络工业协议全部融入到整个网络设计过程中。实际运用中，包括（Profinet,Profibus-DP，Modbus，MPI, S7,PPI）全部融入到整个网络设计过程中,这样就提高了网络的整体可靠性。

进一步的，所述中间层还包括运维工程师站，所述运维工程师站与监控站点电连接。实际运用中，通过运维工程师站能够对整体进行数据维护。

进一步的，所述监控站点包括监控交换机和监控电脑，所述监控交换机分别与所述核心交换机和运维工程师站电连接，所述监控交换机与所述监控电脑电连接。实际运用中，核心交换机与运维工程师站采用单模光纤连接。工程师通过运维电脑进行日常数据维护；并通过监控电脑监控整体网络。

进一步的，所述外层还包括采集汇聚交换机、变频器和子站/IO，所述传感器与变频器电连接，所述变频器与子站/IO电连接，所述采集汇聚交换机与所述子站/IO电连接。实际运用中，通过该连接分布方式，完成对工业信息的采集与传输，该方式信源稳定，能够较多的采集数据。

进一步的，还包括：主PLC，所述主PLC设置在所述中间层与采集汇聚交换机之间，所述主PLC与所述中间层通过单模光纤连接，所述主PLC与所述采集汇聚交换机通过工业网线电连接，所述主PLC用于编程控制。实际运用中，主PLC用于将采集汇聚交换机中的数据传递至相连接的中间层中的汇聚交换机中。

进一步的，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述采集汇聚交换机电连接。实际运用中，用该方式操作便捷。

进一步的，所述核心交换机具有两部，且相互连接，核心层为双星型工业以太网。通过该相互连接，保证了稳定性。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种建立基于工业星型架构以太网实验方法及其装置的有益效果：

（1）实际运用中，传统的西门子推荐的环网组网发生网络故障后运维难度大，星型网便于故障排查，通过运维工程师站对中间层的每个节点上的汇聚交换机进行快速排查，就可以快速得知故障发生源。

（2）同时，一旦环网组网局部出现网络震荡，容易导致全网震荡，星型架构局部网络异常一般情况只影响局部网络；对其他没有影响。

（3）而且网络安全对环网设备管控难度大，星型容易对各汇聚点集中管控，并且星型网组工厂工控网络技术改造提供重要依据。

（4）当然，该星型架构工业以太网，最主要的是能够替代进口的西门子推荐的组网，而且星型架构工业以太网内的很多设备，均能够采用国产设备，节省了资金。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：核心交换机1、汇聚交换机2、传感器3、变频器4、子站/IO5、触摸屏6、采集汇聚交换机7、主PLC8、监控交换机9、监控电脑10、运维交换机11、运维电脑12。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例基本如附图1所示：

实施例1：

如图1所示，本实施例提供的一种建立基于工业星型架构以太网实验方法，其包括：核心交换机1、汇聚交换机2和监控站点，其中网络结构采用以核心交换机1为核心，多个汇聚交换机2为节点的三层星型架构；其中三层星型架构中，外层包括传感器3，用于信息实时采集；中间层包括多个汇聚交换机2，用于整合传感器3实时采集的信息，核心层为核心交换机1，核心交换机1承担着整个以太网中的交换任务；核心交换机1与汇聚交换机2电连接；监控站点分别与锅炉核心交换机1和汇聚交换机2电连接，监控站点用于监测核心交换机1和汇聚交换机2运行。实际运用中，传统的西门子推荐的环网组网发生网络故障后运维难度大，星型网便于故障排查，通过运维工程师站对中间层的每个节点上的汇聚交换机进行快速排查，就可以快速得知故障发生源。同时，一旦环网组网局部出现网络震荡，容易导致全网震荡，星型架构局部网络异常一般情况只影响局部网络；对其他没有影响。而且网络安全对环网设备管控难度大，星型容易对各汇聚点集中管控，并且星型网组工厂工控网络技术改造提供重要依据。当然，该星型架构工业以太网，最主要的是能够替代进口的西门子推荐的组网，而且星型架构工业以太网内的很多设备，均能够采用国产设备，节省了资金。

在本实施例中，每个监控站点以静态IP为站点网络传感器使用，核心交换机可以通过局域网静态IP直接访问任意一个监控站点的网络传感器。实际运用中，该方式能够实现静态的稳态信息流传输。

在本实施例中，核心交换机可定时测算每个监控站点流量，结合实际需求，合理配置采样间隔、图像格式参数进行闭环流量控制。这样一来，闭环流量控制就保证数据的完整性。

在本实施例中，将常用工控网络工业协议全部融入到整个网络设计过程中。实际运用中，包括（Profinet,Profibus-DP，Modbus，MPI, S7,PPI）全部融入到整个网络设计过程中,这样就提高了网络的整体可靠性。

当然，本实施例还提供的一种建立基于工业星型架构以太网实验装置，其中核心交换机1采用了两部，核心层为双星型工业以太网。中间层的汇聚交换机2具有多个，分别按节点或间隔设置在星型以太网的中间层，均按编号1、2、3……依次编号，便于日常维护。

在本实施例中，中间层还包括运维工程师站11，运维工程师站与监控站点电连接。实际运用中，运维工程师站包括运维交换机11和运维电脑12，通过运维工程师站能够对整体进行数据维护。

在本实施例中，监控站点包括监控交换机9和监控电脑10，监控交换机分别与核心交换机1和运维工程师站电连接，监控交换机与监控电脑电连接。实际运用中，核心交换机1与运维工程师站采用单模光纤连接。工程师通过运维电脑12进行日常数据维护。其中，工业生产中监控站点可以采用模块化分布式结构设计，无需布线、控制节点配置灵活方便。

在本实施例中，外层还包括采集汇聚交换机7、变频器4和子站/IO5，传感器3与变频器4电连接，变频器4与子站/IO5电连接，采集汇聚交换机7与子站/IO5电连接。实际运用中，通过该连接分布方式，完成对工业信息的采集与传输，该方式信源稳定，能够较多的采集数据。

在本实施例中，还包括：主PLC8，主PLC8设置在中间层汇聚交换机2与采集汇聚交换机7之间，主PLC8与中间层通过单模光纤连接，主PLC8与采集汇聚交换机7通过工业网线电连接，主PLC8用于编程控制。实际运用中，主PLC8用于将采集汇聚交换机7中的数据传递至相连接的中间层中的汇聚交换机中。并采用自行开发设计软件，实现对锅炉水位水温、空调温湿度和变频器电机等电控设备控制。当然，其中需要不止一个或多种传感器进行监测。并且将将常用工控网络工业协议（Profinet,Profibus-DP，Modbus，MPI, S7,PPI）全部融入到整个网络设计过程中,并开发相应功能来验证其可靠性。同时将网络架构设计中将网络安全功能进行同步考虑。

在本实施例中，还包括触摸屏6，触摸屏6与采集汇聚交换机7电连接。实际运用中，用该方式操作便

综上所述，该一种建立基于工业星型架构以太网实验方法及其装置，能够在实际生产过程中，替代国外产品，减少资金需要，同时方便检测和维护，同时采用的双机星型减少环网实现网络的冗余，该装置，设计合理、实用，适用于行业推广。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。