数据中央采集系统的路由器实现方案

1201 【万泉河】数据中央采集系统的路由器实现方案

越来越多的工厂，大量的单机设备需要集中数据采集，传送到中央控制系统， 然后再送到更高层的MES系统乃至ERP或者云平台等。

经常有人咨询在单机为以太网网络比如S7-1200, S7-1500, FX5U等情况下的解决方案。 首先，直接把网络用网线接到同一个交换机上肯定是不可取的。

因为大量单机有可能就是同一供应商提供的完全同样型号的设备，那么会网络参数都相同的， PLC, 触摸屏，从站，变频器等全都是同样的IP设置，给硬生生接到一起，必然IP冲突。 而即便有机会把IP分别改掉，改到不同的网段区域，但在网络规模扩大以后，发生网络故障的几率增大了， 非常容易影响生产。

所以，通常需要把网络分层物理隔离。

有几种不同的解决方案。

其一是在CPU机架上增加专用的以太网通讯模块， 比如S7-1200可以增加CP1243-1，那么增加的CP可以与中央控制系统的上位机组网，就实现了与控制网络的隔离。

其二是增加PN/PN COUPLER，这称为耦合器，其实对双侧的主站它都作为从站，一侧向其写数据，它收到后再提供给另一侧读取。由此也实现了网络隔离。

这两种方案都是各厂家官方主推的方案，然而通常模块的价格高，不同的产品序列需要增加的模块型号不同，组态方法也不同。

所以，除此之外还有增加路由器的方案，即本文要介绍的实现方法。

路由器原本是个高贵产品，只在一些高端三层核心交换机才有路由功能，那些价格更贵，但后来随着家用商用路由器的应用普及，市场规模巨大，这些普通功能的小路由器价格越来越低，导致路由器甚至都成为专用名词，专门指小型路由器了， 原本的正宗的路由反而被挤到边缘位置了。 同时也使得可以使用路由器来作为本文应用的选择方案了。

我们平常所使用的路由器其实是多个功能的集合体，包含了路由，交换，网关，WIFI等功能。同时，路由的功能其实反而弱化了。

比如路由器会分WAN口和LAN口，比如会有一个蓝色的WAN口和4个黄色的LAN口，分别用于接外网和内网。 而其实原本路由器的概念本身是不区分内网外网的，需要在路由器中配置路由表来规定IP的跳转规则。 所以弱化其实是因为其在内部把一些路由功能给固化了。

除了少部分特殊定制的路由器，大部分的商用产品不再需要用户在使用时配置路由表，也不再有设置利用规则的功能，但我们现在要使用它，就失去了更多的自由。

我们现在要把普通路由器应用到工业网络，工业网络原本不存在WAN和LAN的区别，所以如何使用路由器就有了2种选择，要么是LAN口接入到PLC网络，WAN口接到上位机网络，要么是倒过来，WAN口接PLC， LAN口接上位机。

本文把两种配置都分别做讲解，其中各自的优缺点也都列出，在不同的应用场合可以根据需要选择。

我现在有一台普通的家用路由器，其内网口IP为：192.168.89.1， 外网口IP为192.168.19.101，因为我上网的主路由器的IP是192.168.19.x网段。

注意我后面做实验时不会再更改路由器的IP设置，而会修改PLC和上位机的IP来适应不同的网络配置架构。

我使用一台S7-1200和一台WINCC做通讯实验，实验成功之后可以推广到更多的PLC网络以及更多的PLC品牌和上位机软件。

l配置A： PLC接WAN口，WINCC接LAN口

IP分配：S7-1200: 192.168.19.11，网关：空

WINCC: 192.168.89.12，网关：192.168.89.1

PLC中编程做简单数据累加：MD10:=MD10+1; 用于上位通讯监控

PORTAL编程中不在项目中给PLC分配IP地址，而是IP地址在设备中指定便于随时修改。

首先，电脑不经过路由器而是直连到PLC，电脑IP:192.168.19.12, 完成程序下载和IP地址设置。

WINCC中建立S7-1200通道，设置PLC IP为192.168.19.11，直连通讯成功，并保持运行状态。

然后设置电脑IP为自动获取，获得了89网段的地址，电脑和PLC均接入到PLC，切换完成后等待十几秒后， WINCC画面中断十几秒后会恢复通讯正常。

这时测试PING的反馈为：

来自 192.168.19.11 的回复: 字节=32 时间=2ms TTL=254

来自 192.168.19.11 的回复: 字节=32 时间=2ms TTL=254

时间由<1ms变为了2MS，而尤其注意TTL现在是254，而之前是255 。说明经过了一层路由。

再度打开PORTAL网络设置，输入设备IP后在线联机，在线监控也可以成功。

A1：

电脑的手动设置IP和网关，重复上面的过程可以成功。

A2：

电脑设置中把网关部分清除，PING中断， 通讯不成功。

运行增加路由表：

route add 192.168.19.11 mask 255.255.255.255 192.168.89.1

PING可以成功，WINCC通讯也恢复成功。

A3：

电脑设置双IP，除了正常上网的IP和网关，DNS之外，再增加一个不带网关的IP:192.168.89.12,重复执行route add，通讯成功。

发现到PLC的访问路径被强制变更到了经过路由器。这时即便PLC直接接在主路由器，与电脑同在19的网段，也不再能PING通。需要删除上述的路由规则或者电脑重启之后方可恢复。

l配置B： PLC接LAN口，WINCC接WAN口

IP分配：S7-1200: 192.168.89.11，网关：192.168.89.1

WINCC: 192.168.19.12，网关：192.168.19.1

进入路由器界面， 找到超级端口转发和DMZ主机等设置条目，设置DMZ主机地址到PLC的地址：

所有主流品牌的路由器都会有DMZ主机功能，相关概念也可以搜索网络学习。

WINCC直连可以通讯时的状态，修改通道的IP到路由器WAN口的IP:192.168.19.101，运行后可以成功。

编程软件中填入这个IP，可以监控程序，但不可以修改IP。

如果IP是跟随项目设置的， 那么下载程序也要出问题。 因为你只能在程序中设置IP为路由器的IP时才可以监控，而程序一旦下载，IP地址也被修改，就麻烦了。 这方面比较乱，需要各位自行摸索。

B1:

PLC网址设置中删除网关，通信中断，无法再建立。

这是大部分PLC项目中的设置，即通常在没有需求的情况下，不会给PLC设置网关，那么如果属于后期改造项目，而程序中并未设置网关，或者不清楚原程序员设置的网关地址， 那就很难通信成功。

所以，对于改造项目，源程序还是必须需要的。

l总结：

比较配置A和配置B两种方案，可以发现各有优劣。

配置A中，WINCC直接访问的是PLC的IP， 那么在中央上位系统需要访问多台单机的时候就需要各自的IP均不相同。 然而A方案可以方便地修改PLC的程序，所以比较适合于新建项目，控制系统和中央采集系统都是一家人做设计的情况。

配置B中，可以通过给不同的路由器设置不同的WAN口的方式，实现对重复IP的PLC的区分，所以既实现了网络分离，也保留了原系统网络配置。唯独需要保证对方程序中有给PLC设置网关指定到路由器的LAN口。