1201 【萬泉河】數據中央采集系統的路由器實現方案

越來越多的工廠，大量的單機設備需要集中數據采集，傳送到中央控制系統， 然后再送到更高層的MES系統乃至ERP或者云平臺等。

經常有人咨詢在單機為以太網網絡比如S7-1200, S7-1500, FX5U等情況下的解決方案。 首先，直接把網絡用網線接到同一個交換機上肯定是不可取的。

因為大量單機有可能就是同一供應商提供的完全同樣型號的設備，那么會網絡參數都相同的， PLC, 觸摸屏，從站，變頻器等全都是同樣的IP設置，給硬生生接到一起，必然IP沖突。 而即便有機會把IP分別改掉，改到不同的網段區域，但在網絡規模擴大以后，發生網絡故障的幾率增大了， 非常容易影響生產。

所以，通常需要把網絡分層物理隔離。

有幾種不同的解決方案。
其一是在CPU機架上增加專用的以太網通訊模塊， 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的上位機組網，就實現了與控制網絡的隔離。
其二是增加PN/PN COUPLER，這稱為耦合器，其實對雙側的主站它都作為從站，一側向其寫數據，它收到后再提供給另一側讀取。由此也實現了網絡隔離。

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

所以，除此之外還有增加路由器的方案，即本文要介紹的實現方法。

路由器原本是個高貴產品，只在一些高端三層核心交換機才有路由功能，那些價格更貴，但后來隨著家用商用路由器的應用普及，市場規模巨大，這些普通功能的小路由器價格越來越低，導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。 同時也使得可以使用路由器來作為本文應用的選擇方案了。

我們平常所使用的路由器其實是多個功能的集合體，包含了路由，交換，網關，WIFI等功能。同時，路由的功能其實反而弱化了。

比如路由器會分WAN口和LAN口，比如會有一個藍色的WAN口和4個黃色的LAN口，分別用于接外網和內網。 而其實原本路由器的概念本身是不區分內網外網的，需要在路由器中配置路由表來規定IP的跳轉規則。 所以弱化其實是因為其在內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，大部分的商用產品不再需要用戶在使用時配置路由表，也不再有設置利用規則的功能，但我們現在要使用它，就失去了更多的自由。

我們現在要把普通路由器應用到工業網絡，工業網絡原本不存在WAN和LAN的區別，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網絡，WAN口接到上位機網絡，要么是倒過來，WAN口接PLC， LAN口接上位機。

本文把兩種配置都分別做講解，其中各自的優缺點也都列出，在不同的應用場合可以根據需要選擇。

我現在有一臺普通的家用路由器，其內網口IP為：192.168.89.1， 外網口IP為192.168.19.101，因為我上網的主路由器的IP是192.168.19.x網段。

注意我后面做實驗時不會再更改路由器的IP設置，而會修改PLC和上位機的IP來適應不同的網絡配置架構。

我使用一臺S7-1200和一臺WINCC做通訊實驗，實驗成功之后可以推廣到更多的PLC網絡以及更多的PLC品牌和上位機軟件。

    配置A： PLC接WAN口，WINCC接LAN口
IP分配：S7-1200: 192.168.19.11，網關：空
        WINCC: 192.168.89.12，網關：192.168.89.1

PLC中編程做簡單數據累加：MD10:=MD10+1; 用于上位通訊監控
PORTAL編程中不在項目中給PLC分配IP地址，而是IP地址在設備中指定便于隨時修改。

首先，電腦不經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地址設置。
WINCC中建立S7-1200通道，設置PLC IP為192.168.19.11，直連通訊成功，并保持運行狀態。

然后設置電腦IP為自動獲取，獲得了89網段的地址，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恢復通訊正常。
這時測試PING的反饋為：
來自 192.168.19.11 的回復: 字節=32 時間=2ms TTL=254
來自 192.168.19.11 的回復: 字節=32 時間=2ms TTL=254
時間由<1ms變為了2MS，而尤其注意TTL現在是254，而之前是255 。說明經過了一層路由。

再度打開PORTAL網絡設置，輸入設備IP后在線聯機，在線監控也可以成功。

A1：
電腦的手動設置IP和網關，重復上面的過程可以成功。
A2：
電腦設置中把網關部分清除，PING中斷， 通訊不成功。
運行增加路由表：
route add 192.168.19.11  mask 255.255.255.255  192.168.89.1
PING可以成功，WINCC通訊也恢復成功。

A3：
電腦設置雙IP，除了正常上網的IP和網關，DNS之外，再增加一個不帶網關的IP:192.168.89.12,重復執行route add，通訊成功。
發現到PLC的訪問路徑被強制變更到了經過路由器。這時即便PLC直接接在主路由器，與電腦同在19的網段，也不再能PING通。需要刪除上述的路由規則或者電腦重啟之后方可恢復。

    配置B： PLC接LAN口，WINCC接WAN口
IP分配：S7-1200: 192.168.89.11，網關：192.168.89.1
        WINCC: 192.168.19.12，網關：192.168.19.1

進入路由器界面， 找到超級端口轉發和DMZ主機等設置條目，設置DMZ主機地址到PLC的地址：

所有主流品牌的路由器都會有DMZ主機功能，相關概念也可以搜索網絡學習。

WINCC直連可以通訊時的狀態，修改通道的IP到路由器WAN口的IP:192.168.19.101，運行后可以成功。

編程軟件中填入這個IP，可以監控程序，但不可以修改IP。
如果IP是跟隨項目設置的， 那么下載程序也要出問題。 因為你只能在程序中設置IP為路由器的IP時才可以監控，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網址設置中刪除網關，通信中斷，無法再建立。
這是大部分PLC項目中的設置，即通常在沒有需求的情況下，不會給PLC設置網關，那么如果屬于后期改造項目，而程序中并未設置網關，或者不清楚原程序員設置的網關地址， 那就很難通信成功。
所以，對于改造項目，源程序還是必須需要的。

    總結：
比較配置A和配置B兩種方案，可以發現各有優劣。
配置A中，WINCC直接訪問的是PLC的IP， 那么在中央上位系統需要訪問多臺單機的時候就需要各自的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目，控制系統和中央采集系統都是一家人做設計的情況。

配置B中，可以通過給不同的路由器設置不同的WAN口的方式，實現對重復IP的PLC的區分，所以既實現了網絡分離，也保留了原系統網絡配置。唯獨需要保證對方程序中有給PLC設置網關指定到路由器的LAN口。