段三青
（济南卷烟厂，山东 济南 250104）
摘要：该文针对制丝线工控网络频繁发生通讯中断的问题 ，寻 求 解 决 方 法 ，经 过 VLAN 整 合 ，改变路由结构等措施 ，实现网络通讯状 况 的 改 善 ，为 PROFINET 网络通讯大规模的应用建立了一个成功的模型 。
关键词：PR OFIN E T ；工 控 网 络 ；路 由 ；VLAN
中图分类号：TP393
文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)12-2928-02 The Improvement of ProfiNet Network in Primary Processing Line
DUAN San-qing
(Jinan Cigarette Factory, Jinan 250104, China)
Abstract: In this paper, industrial control system network thread s frequent interruption of communication s issues, seeking solution s through
the integration VLAN and change the routing structure, such as measure s to achieve improvement s in the status of network communication
for PROFINET network set up large-scale application of the model of a su cce ssful.
Key words: profiNet; industrial control network; route; VLAN
济南卷烟厂制丝车间在异地迁建过程中，建立起全新的制丝工控网络，采用 PROFINET 通讯技术，实现管控一体化。 但在网络
运行期间，网络通讯不稳定，网络通讯时常中断，由于网络中断引起的生产中断，平均每天每条生产线 15～17 次。 由于意外生产中
断，造成生产任务无法按时完成；由于生产中断，造成重复的车头车尾，影响在制烟丝的稳定性，并增加烟丝造碎。 因此制丝工控网
络需要改进。
1 系统介绍
制丝工控网共有 11 台西门子 400 系列交换机、33 台 200 系列 交换机、53 台 PLC 、2350 余个网络节点。 这样大规模的 PROFINET
网络应用在自动化控制领域尚属首次。
制丝工控网络以 11 台西门子 400 系列交换机组成的千兆环网 为主干，以西门子 200 系列交换机组成百兆星形网络为分支 ，按照
每个工艺点划分一个 VLAN 的原则，总共分为 28 个 VLAN 。 由于西
门子交换机不支持主干网通讯，所以为了实现环网交换机之间的通
图 1 改造前网络结构示意图 讯，每两台相连的交换机之间要配置一个 VLA N ，从而形成环网交换
机两两之间进行路由的环形路由结构 ，网络结构如图所示 ，用于环 网路由的 VLAN 有 10 个，加上交换机管理 VLAN ，制丝工控网络共
有 39 个 VLA N 。
为了测试网络通讯性能 ，我们在日常生产状况下 ，分别对 子 网
内部通讯和环网通讯进行了连续 72 小时测试， 测得子网内部通讯
无丢包现象，而集控到各个网关的丢包率如表 1，最高 5％。 2 原因分析
表 1 改造前网络通讯测试 针对出现的网络问题，我们从网络终端、交换机、网络连接介质、网络配置、网络通讯数据等几部分来寻原因。 首先是网络终
端，制丝工控网络中除工控机外，就是 PLC 和分布式 IO ，大部分采用西门子品牌，均支持 PROFINET 协议，因此不会造成网络中断。
其次是交换机，制丝工控网络环网中采用 10 台西门子 X414-3 交换机和 1 台 X408-2 交换机。 西门子 X400 系列交换机是专为
工控网络设计，支持 PROFINET 协议，不会造成网络通讯中断，后经搭建实验网络进行通信验证，证实了此结论。
网络连接采用光纤和双绞线，其中主干环网采用千兆光纤，主干环网和星形子网之间采用百兆光纤，星形子网内部采用双绞线
连接，分别使用光纤测试仪和网络测试仪测试，网络连接良好，可以排除网络连接介质引起的网络中断。
环网交换机根据生产工艺分布情况，进行了 VLAN 划分，每台交换机具有一个管理 VLAN 和至少 3 个直连的 VLAN ，V LA N 间
来宾党建
旱榆因为采用环形路由结构，相隔较远的交换机之间的通讯就需要经过多次路由。 如香料厨房（VLAN702）到混丝段（VLAN607）之
间的通讯需要经过 7 次路由，而每经过一次路由都会增加通讯时延，较长的通讯时延对 PROFINET 实时通讯来说是非常致命的，会
造成网络通讯超时，因此路由次数多成为导致网络中断的另外一个原因。
最后对网络通讯数据进行测试，制丝车间工控网络主干网是千兆带宽，分支子网为百兆带宽。 上位机数采扫描周期 500 毫秒，
PROFINET 网 络 周 期 32 毫 秒 。 经 过 计 算 ，PROFINET 最 大 流 量 为 0.63M ， 上位机数采最大流量为 0.16M ， 网 络 最 大 通 讯 流 量 为
0.79M ，远小于网络带宽。 不会造成网络拥堵。 通过网络分析软件进行网络通讯数据进行分析，排除了网络病毒和广播风暴对网络通
讯的影响
经过上述综合测试分析，造成制丝工控网络通讯中断的主要原因是：交换机路由表太长和通讯路由次数过多。
3 重构网络
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重新划分 VLA N ：我们采用每台环网交换机下属的网络接口分为一个 VLAN 的原则。 重新划分后，加上路由和管理 VLAN ，共计
13 个 VLA N ，环网交换机路由表长度变为 10 条，不超出交换机的要求范围。
改变网络路由方式：重新配置交换机之间路由，采用星形结构。 网络内任何一个通讯路径最多经过两次路由就可到达。 例如香
料厨房（VLAN702）向混丝段（VLAN607）发送信息，由改造前的 7 次降为 2 次。
配置环网交换机：环网交换机采用西门子 400 交换机。 我们使用 WEB 登录后，配置交换机管理 IP ；根据 VLAN 划分方案，建立
新的 VLA N ，并将相应的交换机端口划分到其所属的 VLA N ；路由方式选择 OSPF ，建立对应 VLAN 的子网，发布子网；检查路由学习
情况；检查网络通讯情况。
建立网络连接：重新划分 VLAN 后，所有联网 设 备 的 IP 地 址 、 子 网 掩 码 、 默认网关等数据都需要改变 。 制 丝 车 间 共 有 53 台
PLC 、2350 余个挂网设备，其中服务器和计算机等 PC 设备需要打开其网络属性进行设置，西门子 PLC 需要使用其组态软件 STEP7
进行设置、下载，而诸如水分仪、流量计等设备也需要使用其特
李学勤定的组态软件进行设置。
建立 PROFINET 通讯： 我们车间所使用的 PROFINET 通讯
主要有两部分， 在每个控制单元内部，PLC 和其 IO 设备之间的
通 讯 采 用 PROFINET IO 的 形 式 ， 而 PLC 和 PLC 之 间 则 采 用
CBA 通讯方式。 对于 PROFINET IO ，需要在 PLC 编程时，利用编
程软件组态网络，实现网络通讯；对于 CBA 通讯，需要为每个参
与 CAB 通讯的 PLC 制作 CBA 组件，然后利用 iMAP 进行组态，
中南大学信息港
以实现 CBA 通讯。
图 2 改造后网络结构示意图 表 2 改造后网络通讯测试
重构网络后， 我们在日常生产状况下对环网通讯进行了连
续 72 小时测试，测得集控到各个网关的丢包率最高为 0％。 后经
2 个月运行，没再发生网络通讯中断引起故障停车的现象。 4 结束语
在这次网络改进中，我们通过对网络的重构，成功建立起一
个全新的 PROFINET 网络结构和通讯模式， 成为 PROFINET 大
规模应用的先例，为 PROFINET 网络通讯技术的推广应用作出了有力的贡献。 参考文献：
[1] 陈海东.PROFINET —— — 面向自动化未来的以太网现场总线解决方案[J].现代制造,2004(12).
法国社会学[2] 张永德，李鑫.PROFINET 的组成及其应用[J]工业仪表与自动化装置,2006(1).
[3] 储春华，李志俊.工业以太网技术的发展现状与前景[J]仪表技术,2005,(6).
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