工業控制網絡構建管理分析與設計碩士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 換機正常工作，實時數據通訊無正常，網絡無丟包；任意一路單獨工作的情況下，交換機正常工作，實時數據通訊正常，網絡無丟包；兩路供電電源進行冗余切換的時候，交換機正常工作，實時數據通訊正常，網絡無丟包。通過供電電壓范圍測試供電電壓范圍測試使用調壓器（交流供電）或可調電源（直流供電），測量交換機正常工作電壓范圍供工程參考。通過可編程多功能電源測試，交換機在220V/175V/253V，并且分別在50HZ/，交換機工作正常。通過為了配合管理使用，所有交換機將被配置統一的IP地址段：。 FA層詳細網絡構建FA層是最接近現場的一層。現場的控制器，用于監控管理的工程師站，管理員站以及記錄歷史數據的歷史記錄站都直接連接到該層交換機。由于該層最接近現場，所以將該層命名為FA（Field Area）層。FA層的交換機，將直接級聯到上層CA層交換機，供上層設備進行遠程控制管理。，區域1內PC設備的IP地址遵循區域編號。同理，……而直接接入該層的控制器，其地址分配也是如此。考慮到控制器冗余接入控制網，（）。 FA層詳細網絡架構該層的交換機在選型上，均選用24個RJ45口（電口）和2個千兆Combo口的赫斯曼MACH10224TPFR交換機。其中，電口用于控制器，PC設備的連接；Combo口用于和CA層交換機的級聯（一個配置后插入光纖連接，另一個相同配置后留作備用）。可能某些域內，接入冗余控制網的PC設備、控制器較多，交換機電口數量不夠，就在A網和B網中各再加入一臺交換機，然后同時級聯到上層CA層的交換機。如圖區域2所示。FA層交換機設備的IP地址同樣也根據域編號來劃分。，……，實際過程中根據域的數量及域內節點的數量一一進行分配。 FA層網絡地址分配范圍表區域PC設備地址控制器地址交換機地址FA1A網~254~252B網~254~252C網~254~252FA2A網~254~252~122B網~254~252~122C網~254~252 CA層詳細網絡構建FA層的交換機都將相應級聯到自己域內的CA層交換機。該層實際上是為該區域內的控制室服務。在實際的工業項目中，一個功能區域都會有一個由系統工程師，儀表人員和操作員組成的班組來專門負責。通過該層內設備，班組人員可以遠程監控查看到現場的所有數據，出現異常或故障時，也能及時分析原因，盡快進行處理。，該層IP地址分配的方式和FA層大相徑庭。~254（X為該域編號，~254）。由于該層主要是對FA層進行操控的，所以在FA層設備較多時，該層的操作站也勢必增加。為了配合實際項目中工作班組的管理，對該層操作站設備的地址規劃可以進一步細分：~209為工作班組的第一小隊，負責一塊功能；~219為工作班組的第二小隊，負責另一塊功能，以此類推。而該段的最后一個地址254，往往會被配置為裝有軟件時鐘同步服務器的PC設備。 CA層詳細網絡架構該層的交換機在選型上，除了選用赫斯曼MACH10224TPFR交換機外，還將部分選用20個RJ45口和4個千兆Combo口的MACH10420TXFR交換機。上一節中曾提到，有些域內FA層設備數量較多，A網和B網都將各使用兩個交換機。兩個交換機同時向上級聯后，若CA層的交換機仍使用MACH10224TPFR的話，兩個Combo口都將被占用，而沒有備用。所以，針對有這樣情況的域，該域的CA層交換機采用4個Combo口的MACH10420TXFR交換機，以此使得兩個Combo口都有相應備用。該層交換機地址分配為CA1：；CA2：……。 CA層網絡地址分配范圍表區域PC設備地址交換機地址CA1A網~254B網~254C網~254CA2A網~254B網~254C網~254 TA層詳細網絡構建如圖所示，TA層是整個網絡架構的核心。各區域的數據信息通過CA層匯聚到此。通過TA層交換機，可以獲取到網絡中的所有數據信息。該層的交換機一般稱之為核心交換機。考慮到此交換機的負荷能力及重要性，設計中選用了赫斯曼MAR10404C4C4C4C9999SMMHRHH交換機。該交換機擁有16個千兆Combo端口。一部分用作和各域的CA層交換機級聯，另一部分則與全網診斷用的網絡監控站，時鐘服務器，以及一些歷史記錄服務器，操作員設備相連。一些高級工程師和總負責人，可定期通過該層來查看整個項目的工作情況。 TA層詳細網絡架構在IP地址分配上。GPS時鐘服務器不需要冗余，所以只需接入A網和C網。歷史記錄服務器，一般根據項目中節點數量的多少而定，~253。而位于總工程師控制室內的設備，按實際數量一一遞增分配。 本章小結本章闡述了石化工業以太網絡網絡框架的主要構建模式：“三橫三縱“網絡構建模式，以及相應IP地址段的分配。通過對整體架構的概述和分層的詳細說明，較為清晰的說明了工業控制網絡的構建設計方案。浙江大學碩士學位論文 第3章VLAN的劃分配置第3章 VLAN的劃分配置VLAN技術是作為工業以太網絡中最重要，也是使用最多的技術。本章主要以設計中選用的赫斯曼工控交換機為對象，結合上章節中構建的網絡架構，來闡述工業網絡VLAN的規劃方式。本章節主要通過圖表，將先后介紹赫斯曼交換機的VLAN技術方案，赫斯曼交換機VLAN的配置方法，以及設計中項目的整體VLAN劃分。 赫斯曼VLAN技術方案VLAN即虛擬局域網，利用VLAN技術可以將物理上連接在一起的網絡，按照實際的管理情況，分割為多個獨立的邏輯網絡。赫斯曼交換機支持一個端口加入多個VLAN，流經端口的數據可以打上Tag標簽，標簽中的信息可以識別它所在的VLAN[21]。通過將級聯端口加入多個VLAN并設置使用VLAN標簽，從而可實現跨交換機的VLAN通訊。這種方法在規模較大的工業項目中，作用尤為突出。赫斯曼支持Cross VLAN技術，即在普通的VLAN技術基礎上，支持一個交叉VLAN，屬于交叉VLAN的主機可以與其他獨立的VLAN內的主機相互通訊，而其他獨立的VLAN之間無法實現通訊。，其中VLAN1即為Cross VLAN，VLANVLAN3為獨立的兩個VLAN，屬于Cross VLAN的主機A可與其他兩個VLAN的主機相互通訊，而B、C兩臺主機之間不能通訊。 赫斯曼Cross VLAN示意圖由于本文的設計，將全部采用赫斯曼工控系列交換機，加之其Cross VLAN技術，可以順利實現交叉VLAN的功能。所以赫斯曼VLAN技術方案成為了VLAN劃分的首選方案。交換機VLAN的配置可以通過赫斯曼提供的可視化配置軟件實現，方便快捷，和赫斯曼診斷軟件相互配合使用，為本文的設計方案提供了扎實的基礎。 赫斯曼VLAN配置方法該節建立了一個由三交換機組成的簡要網絡架構，通過對此架構VLAN的劃分配置，來具體描述赫斯曼交換機VLAN功能的實現。，區域1和區域2之間屬于兩個廣播域，分別配置為VLAN11和VLAN12。，雖然物理位置上在區域1內，但其邏輯上的數據信息卻屬于VLAN12。而總工程師室所在區域內的設備要能訪問到區域1和區域2的所有信息。所以，總工程師室所在域就屬于Cross VLAN，配置為VLAN1（VLAN1為交換機默認的網管VLAN，為配合赫斯曼全網診斷軟件的使用，故配置為VLAN1）。 三交換機簡要網絡架構工程師室交換機與所有區域相連，連接該計算機的設備，可以訪問到區域1和區域2的所有數據。區域1內的計算機。而區域2的計算機，。接下來，通過例舉區域1交換機的具體VLAN配置步驟，來說明赫斯曼管理型交換機的VLAN配置方法。從而實現赫斯曼一端口多VLAN技術和Cross VLAN技術，為項目的VLAN劃分設計做基礎。1. 通過網線連接計算機網卡A（）和赫斯曼交換機的端口1（對未配置的交換機進行配置時，默認連接端口1；而針對已配置過的交換機，重新配置時，必須連接在屬于VLAN1的端口上）。需要注意的是，在對A，B，C網交換機配置時，需保證計算機對應的網卡地址和交換機地址屬于同一網段。2. 通過赫斯曼公司提供的HiDiscovery軟件，或者在IE瀏覽器輸入交換機IP地址的方式，進入登陸頁面。選擇用戶名“admin”，輸入默認密碼“private”，點擊“OK”按鈕進入配置頁面。 赫斯曼交換機登錄頁面3. 設置VLAN模式為共享VLAN模式：，選擇左邊欄目的配置選項“Switching”“VLAN”“Global”，在顯示的“VLAN Global”配置頁面中，選擇“Mode”為“Shared VLAN”,然后點擊“Set”按鈕臨時保存。 VLAN模式配置頁面4. 創建配置交換機各端口VLAN：在坐邊菜單欄內依次選中配置選項“Switching”“VLAN”“Static”，在顯示的“VLAN Static”配置頁面中選擇“Create”按鈕，創建VLAN11和VLAN12，然后將各個端口分配至相應的VLAN。 VLAN創建及配置頁面VLAN1是赫斯曼交換機產品默認有的配置，用于赫斯曼全網診斷使用。該VLAN無法刪除，也不建議修改作為其它廣播域VLAN使用。本文的設計中都將默認的網管VLAN1作為了Cross VLAN，所以級聯口屬于VLAN1，同時可作為交換機配置端口。T和U分別表示該端口的對應的VLAN數據是否加上Tag標簽：T：帶目的標簽/U：不帶目的標簽；“—”表示該VLAN數據不通。如圖所示，該端口數據全部流向VLAN12，屬于VLAN1，該端口數據全部將打上標簽，進入上一級網絡。其余端口屬于VLAN11。點擊“Set”按鈕臨時保存。5. 修改各端口所屬的廣播域（即修改所屬VLAN ID）：選擇左邊菜單欄的配置選項“Switching”“VLAN”“Port”，在顯示的“VLAN Port”配置頁面中修改各個端口的“PortVLANID”，即該端口對應的VLAN值，如圖所示，作為級聯口（），，其余端口均屬于VLAN11。點擊“Set”按鈕臨時保存。 VLAN ID配置頁面6. 交換機配置保存：選擇左邊菜單欄的配置選項“Basic Setting”“Load/Save”，在顯示的“Load/Save”頁面點擊“Save”按鈕將配置保存至設備，選中“to PC(script)”，點擊“Save”按鈕將配置保存到電腦以作備份。 交換機配置保存頁面7. 復位保存：選擇左邊菜單欄的配置選項“Basic Setting”“Restart”，在顯示的“Restart”頁面中點擊“Warm start”按鈕以熱復位。在配置時，這一步往往會被忽視。經過測試發現，若此操作不進行，之前的配置臨時保存有效，但交換機一旦斷電重啟后，臨時保存的配置會全部丟失。 交換機配置熱復位保存頁面8. 等待熱復位結束之后，觀察VLAN配置是否已經如預期配置：例如選擇左邊欄目的配置選項“Switching”“VLAN”“Global”，在顯示的“VLAN Global”配置頁面中，選擇“Reload”按鈕，可以觀察到Status已修改為“Shared VLAN”。 ID 配置頁面均可發現，之前的配置均已經存在。至此，就完成了對區域1交換機的全部配置步驟。按照上述步驟，對其余交換機進行類似配置。 三交換機簡要架構VLAN配置表區域1交換機　端口號端口類型ComboComboRJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45VLAN分配V1V1V12V12V12V12V12V12V12V12VLAN配置1 U11 T12 T1 U11 T12 T1 U11 U12 1 U11 U12 1 U11 U12 1 U11 12 U1 U11 U12 1 U11 U12 1 U11 U12 1 U11 U12 區域2交換機　端口號端口類型ComboComboRJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45VLAN分配V1V1V12V12V12V12V12V12V12V12VLAN配置1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T1 U12 T總工程師室交換機端口號端口類型ComboComboRJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45RJ45VLAN分配V1V1V12V12V12V12V12V12V12V12VLAN配置1 U11 T12 T1 U11 12 T1 U11 U12 U1 U11 U12 U1 U11 U12 U1 U11 U12 U1 U11 U12 U1 U11 U12 U1 U11 U12 U1 U11 U12 U完成所有配置后，對三交換機簡要架構中的各設備進行相互Ping測試，檢測是否達到設計要求。（√為可相互PING通，則不通）。 三交換機簡要架構Ping測試工程師室VLAN1VLAN1