1201 【萬泉河】數(shù)據(jù)中央采集系統(tǒng)的路由器實(shí)現(xiàn)方案

越來越多的工廠，大量的單機(jī)設(shè)備需要集中數(shù)據(jù)采集，傳送到中央控制系統(tǒng)， 然后再送到更高層的MES系統(tǒng)乃至ERP或者云平臺(tái)等。

經(jīng)常有人咨詢在單機(jī)為以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)比如S7-1200, S7-1500, FX5U等情況下的解決方案。 首先，直接把網(wǎng)絡(luò)用網(wǎng)線接到同一個(gè)交換機(jī)上肯定是不可取的。

因?yàn)榇罅繂螜C(jī)有可能就是同一供應(yīng)商提供的完全同樣型號(hào)的設(shè)備，那么會(huì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)都相同的， PLC, 觸摸屏，從站，變頻器等全都是同樣的IP設(shè)置，給硬生生接到一起，必然IP沖突。 而即便有機(jī)會(huì)把IP分別改掉，改到不同的網(wǎng)段區(qū)域，但在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大以后，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障的幾率增大了， 非常容易影響生產(chǎn)。

所以，通常需要把網(wǎng)絡(luò)分層物理隔離。

有幾種不同的解決方案。
其一是在CPU機(jī)架上增加專用的以太網(wǎng)通訊模塊， 比如S7-1200可以增加CP1243-1，那么增加的CP可以與中央控制系統(tǒng)的上位機(jī)組網(wǎng)，就實(shí)現(xiàn)了與控制網(wǎng)絡(luò)的隔離。
其二是增加PN/PN COUPLER，這稱為耦合器，其實(shí)對雙側(cè)的主站它都作為從站，一側(cè)向其寫數(shù)據(jù)，它收到后再提供給另一側(cè)讀取。由此也實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)隔離。

這兩種方案都是各廠家官方主推的方案，然而通常模塊的價(jià)格高，不同的產(chǎn)品序列需要增加的模塊型號(hào)不同，組態(tài)方法也不同。

所以，除此之外還有增加路由器的方案，即本文要介紹的實(shí)現(xiàn)方法。

路由器原本是個(gè)高貴產(chǎn)品，只在一些高端三層核心交換機(jī)才有路由功能，那些價(jià)格更貴，但后來隨著家用商用路由器的應(yīng)用普及，市場規(guī)模巨大，這些普通功能的小路由器價(jià)格越來越低，導(dǎo)致路由器甚至都成為專用名詞，專門指小型路由器了， 原本的正宗的路由反而被擠到邊緣位置了。 同時(shí)也使得可以使用路由器來作為本文應(yīng)用的選擇方案了。

我們平常所使用的路由器其實(shí)是多個(gè)功能的集合體，包含了路由，交換，網(wǎng)關(guān)，WIFI等功能。同時(shí)，路由的功能其實(shí)反而弱化了。

比如路由器會(huì)分WAN口和LAN口，比如會(huì)有一個(gè)藍(lán)色的WAN口和4個(gè)黃色的LAN口，分別用于接外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)。 而其實(shí)原本路由器的概念本身是不區(qū)分內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)的，需要在路由器中配置路由表來規(guī)定IP的跳轉(zhuǎn)規(guī)則。 所以弱化其實(shí)是因?yàn)槠湓趦?nèi)部把一些路由功能給固化了。

除了少部分特殊定制的路由器，大部分的商用產(chǎn)品不再需要用戶在使用時(shí)配置路由表，也不再有設(shè)置利用規(guī)則的功能，但我們現(xiàn)在要使用它，就失去了更多的自由。

我們現(xiàn)在要把普通路由器應(yīng)用到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)原本不存在WAN和LAN的區(qū)別，所以如何使用路由器就有了2種選擇，要么是LAN口接入到PLC網(wǎng)絡(luò)，WAN口接到上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)，要么是倒過來，WAN口接PLC， LAN口接上位機(jī)。

本文把兩種配置都分別做講解，其中各自的優(yōu)缺點(diǎn)也都列出，在不同的應(yīng)用場合可以根據(jù)需要選擇。

我現(xiàn)在有一臺(tái)普通的家用路由器，其內(nèi)網(wǎng)口IP為：192.168.89.1， 外網(wǎng)口IP為192.168.19.101，因?yàn)槲疑暇W(wǎng)的主路由器的IP是192.168.19.x網(wǎng)段。

注意我后面做實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)再更改路由器的IP設(shè)置，而會(huì)修改PLC和上位機(jī)的IP來適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)配置架構(gòu)。

我使用一臺(tái)S7-1200和一臺(tái)WINCC做通訊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成功之后可以推廣到更多的PLC網(wǎng)絡(luò)以及更多的PLC品牌和上位機(jī)軟件。

    配置A： PLC接WAN口，WINCC接LAN口
IP分配：S7-1200: 192.168.19.11，網(wǎng)關(guān)：空
        WINCC: 192.168.89.12，網(wǎng)關(guān)：192.168.89.1

PLC中編程做簡單數(shù)據(jù)累加：MD10:=MD10+1; 用于上位通訊監(jiān)控
PORTAL編程中不在項(xiàng)目中給PLC分配IP地址，而是IP地址在設(shè)備中指定便于隨時(shí)修改。

首先，電腦不經(jīng)過路由器而是直連到PLC，電腦IP:192.168.19.12, 完成程序下載和IP地址設(shè)置。
WINCC中建立S7-1200通道，設(shè)置PLC IP為192.168.19.11，直連通訊成功，并保持運(yùn)行狀態(tài)。

然后設(shè)置電腦IP為自動(dòng)獲取，獲得了89網(wǎng)段的地址，電腦和PLC均接入到PLC，切換完成后等待十幾秒后， WINCC畫面中斷十幾秒后會(huì)恢復(fù)通訊正常。
這時(shí)測試PING的反饋為：
來自 192.168.19.11 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=2ms TTL=254
來自 192.168.19.11 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=2ms TTL=254
時(shí)間由<1ms變?yōu)榱?MS，而尤其注意TTL現(xiàn)在是254，而之前是255 。說明經(jīng)過了一層路由。

再度打開PORTAL網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，輸入設(shè)備IP后在線聯(lián)機(jī)，在線監(jiān)控也可以成功。

A1：
電腦的手動(dòng)設(shè)置IP和網(wǎng)關(guān)，重復(fù)上面的過程可以成功。
A2：
電腦設(shè)置中把網(wǎng)關(guān)部分清除，PING中斷， 通訊不成功。
運(yùn)行增加路由表：
route add 192.168.19.11  mask 255.255.255.255  192.168.89.1
PING可以成功，WINCC通訊也恢復(fù)成功。

A3：
電腦設(shè)置雙IP，除了正常上網(wǎng)的IP和網(wǎng)關(guān)，DNS之外，再增加一個(gè)不帶網(wǎng)關(guān)的IP:192.168.89.12,重復(fù)執(zhí)行route add，通訊成功。
發(fā)現(xiàn)到PLC的訪問路徑被強(qiáng)制變更到了經(jīng)過路由器。這時(shí)即便PLC直接接在主路由器，與電腦同在19的網(wǎng)段，也不再能PING通。需要?jiǎng)h除上述的路由規(guī)則或者電腦重啟之后方可恢復(fù)。

    配置B： PLC接LAN口，WINCC接WAN口
IP分配：S7-1200: 192.168.89.11，網(wǎng)關(guān)：192.168.89.1
        WINCC: 192.168.19.12，網(wǎng)關(guān)：192.168.19.1

進(jìn)入路由器界面， 找到超級(jí)端口轉(zhuǎn)發(fā)和DMZ主機(jī)等設(shè)置條目，設(shè)置DMZ主機(jī)地址到PLC的地址：

所有主流品牌的路由器都會(huì)有DMZ主機(jī)功能，相關(guān)概念也可以搜索網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。

WINCC直連可以通訊時(shí)的狀態(tài)，修改通道的IP到路由器WAN口的IP:192.168.19.101，運(yùn)行后可以成功。

編程軟件中填入這個(gè)IP，可以監(jiān)控程序，但不可以修改IP。
如果IP是跟隨項(xiàng)目設(shè)置的， 那么下載程序也要出問題。 因?yàn)槟阒荒茉诔绦蛑性O(shè)置IP為路由器的IP時(shí)才可以監(jiān)控，而程序一旦下載，IP地址也被修改，就麻煩了。 這方面比較亂，需要各位自行摸索。

B1:
PLC網(wǎng)址設(shè)置中刪除網(wǎng)關(guān)，通信中斷，無法再建立。
這是大部分PLC項(xiàng)目中的設(shè)置，即通常在沒有需求的情況下，不會(huì)給PLC設(shè)置網(wǎng)關(guān)，那么如果屬于后期改造項(xiàng)目，而程序中并未設(shè)置網(wǎng)關(guān)，或者不清楚原程序員設(shè)置的網(wǎng)關(guān)地址， 那就很難通信成功。
所以，對于改造項(xiàng)目，源程序還是必須需要的。

    總結(jié)：
比較配置A和配置B兩種方案，可以發(fā)現(xiàn)各有優(yōu)劣。
配置A中，WINCC直接訪問的是PLC的IP， 那么在中央上位系統(tǒng)需要訪問多臺(tái)單機(jī)的時(shí)候就需要各自的IP均不相同。 然而A方案可以方便地修改PLC的程序，所以比較適合于新建項(xiàng)目，控制系統(tǒng)和中央采集系統(tǒng)都是一家人做設(shè)計(jì)的情況。

配置B中，可以通過給不同的路由器設(shè)置不同的WAN口的方式，實(shí)現(xiàn)對重復(fù)IP的PLC的區(qū)分，所以既實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分離，也保留了原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置。唯獨(dú)需要保證對方程序中有給PLC設(shè)置網(wǎng)關(guān)指定到路由器的LAN口。

很好的方法